光合成色素を合成する酵素反応の瞬間を
世界で初めて「水素原子レベル」の極小解析度で解明
-光をエネルギーに変換する装置開発等への応用に期待-

茨城大学大学院理工学研究科応用粒子線科学専攻・フロンティア応用原子科学研究センターの海野昌喜教授、大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻の福山恵一招へい研究員（大阪大学名誉教授）、日本原子力研究開発機構原子力科学研究部門量子ビーム応用研究センターの玉田太郎研究主幹らの研究グループは、大強度陽子加速器施設（J-PARC：東海村）の茨城県生命物質構造解析装置（iBIX）を使用し、「フィコシアノビリン」と呼ばれる光合成色素の一つを合成する酵素が反応する、まさにその瞬間の状態を世界で初めて「水素原子レベル」の極小解像度で解明した。

この解明により、酵素が二つの水素化状態の平衡をとって、光合成色素を巧みに合成することが明らかになった。今後、光をエネルギーに変換する装置の開発などに応用されることが期待される。

本研究は、茨城大学と大阪大学、日本原子力研究開発機構、久留米大学、宮崎大学、久留米工業高等専門学校、(株)丸和栄養食品、ならびに茨城県の共同研究として行ったものであり、化学分野における世界最高峰の学術誌である「Journal of the American Chemical Society」の平成２７年４月１５日付け電子版に掲載される。

［海野昌喜教授のコメント］

今まで、生物がどのようにフィコシアノビリンを合成するのか、その機構には謎が多かったのですが、ｉＢＩＸを使った研究により、その反応の秘密の解明にかなり近づけたと感じています。フィコシアノビリンの原料となる色素とその近くのアミノ酸それぞれの水素の有無によって反応が制御されていることが分かりました。また、水分子（H₂O）に水素イオン（プロトン; H⁺）が結合したヒドロニウムイオン（H₃O⁺）の存在を見つけることができました。これは、H₃O⁺　の存在が反応を加速していることを示唆しています。さらに、X線を使って今まで分かっていた構造とは異なる部位も見つけました。この違いは、エネルギーの高いX線の照射が酵素に余分な反応を起こさせ、わずかに構造が変化してしまったためです。本研究においては、水素原子を観察するという目的以外にも、天然に近い構造を解析できる低エネルギーの中性子ならではの優位性を示すことができ、今後の研究に一石を投じることができたのではないかと思います。この研究の応用として、人工光合成のような新しいエネルギーシステムの開発が加速していくことが期待できます。