はじめに

　現在、地球上には多くの生体が共生、共進化しながら存在している。それら生体内で起こる生体反応のほとんどは、タンパク質や脂質二分子膜という不均質な反応場において非常に高効率に進むことが知られている。ここで、光合成という生体反応に着目し、そのメカニズムの中心である光合成タンパク質の機能を利用することは非常に有用な事であろう。すなわち、高等植物などの光合成タンパク質は光を受け取り、そのエネルギーを自身で利用できるような形に変換する機能がある。したがって、これらを用いることにより半導体の太陽電池と比べ優れた光電変換能を持つデバイスが実現できるものと期待される。
　つまり、生体の優れた機能を産み出すメカニズムを理解し、それをモデル化して活用することにより、非常に優れたデバイスを開発することも可能である。
 

研究概要

　光合成膜やミトコンドリア膜などの生体エネルギー変換膜では、ポルフィリン誘導体やキノン誘導体(UQ)などの色素が膜中で距離や配向を巧妙に制御され、色素間での一方向性の電子伝達およびプロトンの輸送が生じ、高効率なエネルギー変換がなされている。つまり、光合成反応における電子伝達はプロトン輸送とシンクロして起っているともいえる。
そこで、そのような系をモデルとして機能性分子や酵素などを電極上に組織化することにより、入力（刺激）→出力（応答）という完結したプロセスを一つのデバイス上に構築することが可能である。

本研究では、生体エネルギー変換膜で存在するポルフィリンならびにキノンなどの色素の電子伝達システムを電極上に構築し、その電子伝達作用を電気化学的に検討した。

それらを電極上に組織化する方法として、基板表面に電荷をもつ分子（高分子電解質など）が静電的に吸着することを利用した方法を用いた。ここでは、電極表面をアニオン性とするため末端にカルボキシル基をもつチオール誘導体（HS-Cn-COOH; n=2,5,7,10）を金電極上に自己組織化し、その上にナフトキノンやポルフィリンを結合させたカチオン性のポリエチレンイミン（PEI）を吸着させた。そして、電気化学的手法としてサイクリックボルタンメトリー（CV）よりその電子伝達作用について検討した。
　また、静電相互作用以外の組織化方法、例えばリポソームなどの生体膜類似の脂質二分子膜を用いた組織化手法についても検討をおこなっている。

学会発表

第４８回高分子討論会 (10/6-8)
高分子における分子シンクロナイゼーション
IIIJ10 電極上に固定化した機能性分子の電子伝達作用
    名工大工　末守良春・山下啓司・○南後  守
    北大院工　永田衞男・大塚俊明

研究成果

「光合成タンパクを二次元自己組織化」　日本工業新聞（平成１１年８月３日）

光合成細菌に含まれる光収穫系タンパク質をリポソームに組み込み、ラングミュアー・ブロジェット法により成膜することに成功した。

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研究室のホームページ

文部省科学研究費補助金・特定領域研究Ａ「新しい材料システム構築のための分子シンクロナイゼーション」のホームページ