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光合成

第61回ノーベル化学賞 メルヴィン・カルヴィン 光合成の魔法陣「カルビン回路」の発見

 光合成研究とノーベル賞

 植物と二酸化炭素の関連については古くから知られていたが、水だけでなく二酸化炭素が植物にとって必須な元素であり、これらを取り込んだ植物が成長しながら酸素を出すことを見出したのは、スイスのニコラス・トオドール・ド・ソシュールである。1804年にはこの現象は光合成と名付けられた。

 1947年、カリフォルニア大学バークレー校で化学教授になったメルビン・カルビンは、有機分子構造の理論的な研究を始めた。彼は共同研究者のジェームズ・バッシャム、アンドリュー・ベンソンとともにトレーサーに炭素14(14C)を使い、光合成における炭素の詳細な流れを明らかにした。


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葉緑素が毒に?植物は害虫からの防御に葉緑素を活用していた!

 植物のもつ防衛本能

 熱帯林にすむサルは木の葉を主に食べているが、1種類の葉を沢山食べることは決し てなく、木から木へと渡り歩いて葉を 食い散らかす。

 植物は黙って喰われるばかりではない。葉はかなり強い毒を持つことがあり身を守っている。サルはその毒に中毒するのを避けるために幅広く食べるのである。植物は病害虫や 害獣から身を守るために様々な物質を自ら造っている。

 アブラナ科植物は、アオムシの害を受けると、寄生バチに助けを求める。アブラナ科に含まれるシニグリン(からし油配糖体)は多くの昆虫に対して毒性があるのでアロモンだが、この毒を 克服した共進化種の代表例がアオムシ(モンシロチョウ、Pieris rapae crucivora)で、 アオムシはシニグリンを摂食誘引としているので、シニグリンがないと食べない。


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光合成タンパク質(PSII)の正確な構造を、X線パルスレーザーで解明

 光合成タンパク質の正確な構造を解明

 光合成による水分解反応を触媒する光化学系Ⅱ複合体の正確な構造を、岡山大学大学院自然科学研究科の沈建仁(しん けんじん)教授、菅倫寛(すが みちひろ)助教、秋田総理(あきた ふさみち)助教らが突き止めた。

 X線自由電子レーザー施設SACLA(さくら、兵庫県佐用町)で解析した成果で、人工光合成開発の糸口になりそうだ。理化学研究所放射光科学総合研究センターの山本雅貴(やまもと まさき)部長、吾郷日出夫(あごう ひでお)専任研究員らとの共同研究で、11月27日付の英科学誌ネイチャーのオンライン版に発表した。

 植物の光合成は、太陽光を利用して、生物が利用可能な化学エネルギーに変換するとともに、水を分解して酸素を作り出している。この反応を担っているのは、藻類や植物の葉の中の葉緑体にある複雑な膜分子の光化学系Ⅱ複合体で、19個ものタンパク質からなる。


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光合成膜の常識覆し、糖脂質の機能解明!膜を形成する糖脂質とは?

 細胞の膜は何でできているだろう?

 細胞膜は通常脂質二重層と呼ばれる構造をつくっている。細胞膜を構成する主要な成分であるリン脂質には頭部と尾部があるが、頭部はコリン、リン酸からなり、親水性である。一方、尾部は炭化水素からなり、疎水性である。そのため極性を持つ体液中では尾部を内側に、頭部を外側にするようにリン脂質が二重の膜を形成する。これを脂質二重層と呼ぶ。

 細胞膜には、脂質の中に埋め込まれたり、脂質自体に結合した状態のタンパク質(膜タンパク質)が存在し、さらにこの脂質や膜タンパク質には多くの場合糖鎖が結合している。したがって細胞表層は全体として複雑な構造となり、細胞の種類ごとに特徴的なものとなる。

 細胞膜だけではない光合成を行う葉緑体の膜も脂質二重層でできている。葉緑体の膜は、主にリン脂質とガラクト脂質が非対称に配列して構成されている。ガラクト脂質とは、ガラクトースと脂質が結びついた糖脂質である。


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