光合成を担う“ゆがんだイス”型の触媒が、水分子を取り込む瞬間をナノ秒レベルで捉えることに成功！ ～人工光合成の実現へ大きな一歩～
光合成は、光化学系Ⅱが光エネルギーを利用して水分子から電子と水素イオンを取り出し、酸素を形成する反応から始まります。兵庫県立大学大学院理学研究科の久保稔教授、岡山大学異分野基礎科学研究所の沈建仁教授、菅倫寛教授は、東北大学多元物質科学研究所の南後恵理子教授（理化学研究所放射光科学研究センター チームリーダー）、高輝度光科学研究センターの大和田成起主幹研究員（理化学研究所放射光科学研究センター 客員研究員）らと共同で、光化学系Ⅱの結晶に可視光を当てて反応を開始させた後に、X 線自由電子レーザー施設SACLA のフェムト秒 X 線を用いて、光化学系 Ⅱの“ゆがんだイス”型の触媒が水分子を取り込み、酸素分子生成の準備が完了するまでの一連の動きの立体構造をナノ秒（1ナノ秒は10億分の1秒）からミリ秒の時間スケールで捉えることに成功しました。その結果、光化学系Ⅱの内部では、タンパク質、水分子、集光色素などがオーケストラのように協奏的に働き、水の移動や水素イオンの排出を進行させることがわかりました。この働きによって運動性が高まった水分子が、触媒に過渡的に結合した後、その内部へと取り込まれていく様子が初めて観測されました。これらの結果は、光合成において酸素分子が形成される反応の仕組みを明らかにするものです。特に、酸素の材料となる水分子が、いつ、どこを通って触媒まで到達するのか、という疑問に答えるものです。本研究成果は、英国時間1月31日午後4時（日本時間 2月1日午前1時）、英国科学誌「Nature」に掲載されます。
本研究で明らかになった酸素分子を形成する仕組みは、光エネルギーを利用して水から電子と水素イオンを取り出して有用な化学物質を作り出す「人工光合成」の技術を開発するための重要な知見を与えると期待されます。
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（本学より配布）
兵庫県教育委員会記者クラブ