立命大,葉緑素ナノチューブの成長を光で制御

立命館大学の研究グループは,生物をモデルとした葉緑素のナノチューブの形成とその制御を光を用いて可能にし,動的な分子の集積過程を観察することに成功した(ニュースリリース)。

光合成生物は効率よく光を集めるために光捕集アンテナという器官をもっている。中でも,クロロゾームと呼ばれる緑色光合成細菌が持つ光捕集アンテナは,地球上で最も集光能力が高いと言われている。

クロロゾームは特別な葉緑素(クロロフィル)分子のみが集まることで形成したクロロフィルのナノチューブから構成されている。生体内では,クロロフィルが酵素によって生合成され,それらが次々に集まっていくことで,ナノチューブが形成していると考えられている(ただし,詳細な形成過程に関しては現在も不明)。この研究では,“酵素”ではなく“光”を用いてクロロフィルナノチューブの形成とその制御を可能にした。

この研究では,ケージドクロロフィルと呼ばれる研究グループが開発した新たな分子を用いて,ナノチューブの形成と制御を達成した。このケージドクロロフィルはナノチューブを形成できない不活性な分子。しかし,そこに光を照射すると活性なクロロフィル分子(集積性クロロフィル)に変換され,ナノチューブを形成するようになる。

また,光の強度や照射時間を変えることによってナノチューブの長さをコントロールすることも可能になった。生体内では,“酵素”によってクロロフィルの生成と集積を制御しているのに対し,この研究では“光”を用いて同様のプロセスを人工的に再現することに成功した。

クロロゾームは光捕集能力が高いことや構成分子が1種類(シンプル)であることから,光電子デバイス材料としても注目されている。この研究で調製したクロロフィルナノチューブは,人工光合成や太陽光電池の効率化への応用も期待されるという。それに加え,この研究は光合成機能のさらなる理解に繋がる基礎研究でもあり,光合成の完全解明へ近づく大きな一歩となるとしている。

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