[スポンサーリンク]

天然物

亜鉛クロロフィル zinc chlorophyll

[スポンサーリンク]

 

今わたしたちが吸っている酸素ガスは、みな植物が光合成で作り出したものです。植物が光合成するときに活躍する緑色のクロロフィルには、みな金属元素のマグネシウムが結合しています。しかし、酸性下に生育する光合成細菌から、ただひとつの例外が発見されています。亜鉛が結合した驚愕のクロロフィルを紹介します。

 

酸性下で壊れない不思議なクロロフィルの正体

ホウレンソウを茹でたときのように水で煮出すなり、小学校の理科の実験のように温めたエタノールにひたすなりすれば、植物から緑色の成分がしみ出してきます。この緑色は、ご存じクロロフィルによるものです。

クロロフィルが溶けたこの緑色の溶液を、十分量の酢酸と混合すると、緑色は数分で消えます(実験としては数滴の塩酸を垂らした方がすぐ確実に消えるため分かりやすいと思います)クロロフィルは酸に弱く、結合していたマグネシウムが外れてクロロフィルが壊れ、溶液の緑色が消えていったのです。

しかしながら、通常のクロロフィルが分解されてしまうほど酸性度の高い特別な水域にも、光合成をする生き物が生息していました。うす赤い藻のような微生物が酸性下の環境から見つかります。この微生物は光合成細菌の1種(Acidiphilium rubrum )でした。そこで、酸性下でもなぜクロロフィルが機能を保ったまま光合成を行えるのか、光合成細菌に含まれる成分を分析したところ、マグネシウムとは別の金属元素が配位した光合成色素が見つかりました。なんとマグネシウムではなく、亜鉛がクロロフィルに結合していたのです。

抽出した亜鉛クロロフィルは紫色をしていました。調べてみると、予想通り、マグネシウムのものよりも優れた耐酸性を示しました。そのため、酸性下でも分解されにくい亜鉛クロロフィルは、光合成細菌が酸性下の環境に適応した結果であると考えられています。

 

植物の分類と光合成のシステム

亜鉛が結合したタイプのクロロフィルがどう驚愕なのか、高校の生物学の教科書に毛が生えた程度ですが、植物の世界を俯瞰して、もう一度その意味を考え直してみましょう。

通常、光合成では、二酸化炭素分子と水分子から、酸素分子とを作り出します。このために必要な光エネルギーを吸収する役割を持った物質が、クロロフィル葉緑素)です。

わたしたちが身近に見る植物のなかまでは、細胞の中に葉緑体と呼ばれる膜で区画された細胞小器官(organelle)があります。クロロフィルは膜で区画されたこの葉緑体の中にあります。種子植物のみならず、シダ植物のなかまや、コケ植物のなかまでも、膜で区画された葉緑体を拠点に光合成は行われます。さらに、緑藻褐藻のなかまのように細胞核がある藻類もみな同様に、葉緑体で光合成しています。

GREEN000512.PNG



核膜で包まれた細胞核がある生き物を真核生物と呼ぶ一方、核膜で包まれた細胞核がない生き物を原核生物と呼びます。原核生物のなかまには、膜で区画された細胞小器官はありません。原核生物のうち、シアノバクテリア(藍藻)と光合成細菌が、光合成生物に該当します。このふたつのなかまには、膜で区画された葉緑体はありません。しかし、細胞内にクロロフィルは持っています。

GREEN000513.PNG

光合成生物の分類

わたしたちが生活する上で身近に目にする植物たちと同じく、シアノバクテリアは酸素を発生するタイプの光合成をします。 これに対して、光合成細菌は、もっぱら 硫化水素を用いて硫黄を発生するタイプの光合成をします。光合成細菌が持つ光合成色素は、バクテリオクロロフィルとも呼ばれますが、化学構造はクロロフィルとほとんど同じで、メインのポルフィリン構造は共通です。通常のクロロフィルは、中央にマグネシウムを冠しています。

GREEN000514.PNG

光合成細菌はおよそ硫化水素を使用

そして、光合成細菌にせよ、シアノバクテリアにせよ、種子植物にせよ、みなクロロフィルの中心には、金属元素のマグネシウムがはまっています。

植物の土壌改良剤に、苦土と呼ばれるものがあります。この成分はマグネシウム塩です。ときには肥料として与えなければならないほど、マグネシウムは光合成をする生き物にとって重要な元素です。農作物の場合、土壌のマグネシウムが欠乏すると、葉が老いて黄色くしおれやすくなります。

GREEN000515.PNG

特別な例外を除きすべてマグネシウムが活躍

わたしたちが食べるものはそもそも植物に由来したものです。野菜や穀物だけではなく、肉類であってもめぐりめぐって植物を食べた動物に由来したものです。また、食品だけではなく、わたしたちはエネルギーも多くを植物に依存しています。燃料の薪木はもちろんのこと、石炭をはじめ化石燃料の炭素源は、もともと太古の植物に由来しています。亜鉛クロロフィルの発見は、その根幹となる光合成の最も重要な中心で、特殊な例外を見出したものでした。

 

光合成生物の進化にはじまり、地球外生命体の可能性、はたまた色素増感タイプの太陽電池まで、亜鉛クロロフィルがわたしたちに語りかけてくるものは多くあります。生命は進化の中で、試しうるほとんどすべての可能性を模索してきました。数十億年にわたる膨大な試行錯誤(trial and error)の蓄積が、現在の地球でわたしたちのまわりに生きているのです。科学技術が発展を初めてからの人類の歴史はわずか。その分、自然に学ぶことはまだまだ多くあるでしょう。

 

参考文献

[1] “Discovery of Natural Photosynthesis using Zn-Containing Bacteriochlorophyll in an Aerobic Bacterium Acidiphilium rubrumPlant Cell Physiology 1996

[2] 新規光合成色素(特開平9-100419

[3] “Prokaryotic photosynthesis and phototrophy illuminatedTrends in Plant Science 2006 Review

Avatar photo

Green

投稿者の記事一覧

静岡で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. 虫歯とフッ素のお話② ~歯磨き粉のフッ素~
  2. ミヤコシンA (miyakosyne A)
  3. サラシノール/Salacinol
  4. グルコース (glucose)
  5. カリオフィレン /caryophyllene
  6. ヘキサン (hexane)
  7. アントシアニン / anthocyanin
  8. ヨードホルム (iodoform)

注目情報

ピックアップ記事

  1. Baird芳香族性、初のエネルギー論
  2. 海洋生物の接着メカニズムにヒントを得て超強力な水中接着剤を開発
  3. 第98回日本化学会春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part I
  4. Corey系譜β版
  5. 私達の時間スケールでみても、ガラスは固体ではなかった − 7年前に分からなかった問題を解決 −
  6. アルカロイドの科学 生物活性を生みだす物質の探索から創薬の実際まで
  7. ダルツェンス縮合反応 Darzens Condensation
  8. 有機合成創造の軌跡―126のマイルストーン
  9. 鉄とヒ素から広がる夢の世界
  10. エステルからエステルをつくる

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2012年5月
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031  

注目情報

最新記事

次世代の二次元物質 “遷移金属ダイカルコゲナイド”

ムーアの法則の限界と二次元半導体現代の半導体デバイス産業では、作製時の低コスト化や動作速度向上、…

日本化学連合シンポジウム 「海」- 化学はどこに向かうのか –

日本化学連合では、継続性のあるシリーズ型のシンポジウムの開催を企画していくことに…

【スポットライトリサーチ】汎用金属粉を使ってアンモニアが合成できたはなし

Tshozoです。 今回はおなじみ、東京大学大学院 西林研究室からの研究成果紹介(第652回スポ…

第11回 野依フォーラム若手育成塾

野依フォーラム若手育成塾について野依フォーラム若手育成塾では、国際企業に通用するリーダー…

第12回慶應有機化学若手シンポジウム

概要主催:慶應有機化学若手シンポジウム実行委員会共催:慶應義塾大学理工学部・…

新たな有用活性天然物はどのように見つけてくるのか~新規抗真菌剤mandimycinの発見~

こんにちは!熊葛です.天然物は複雑な構造と有用な活性を有することから多くの化学者を魅了し,創薬に貢献…

創薬懇話会2025 in 大津

日時2025年6月19日(木)~6月20日(金)宿泊型セミナー会場ホテル…

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

第57回有機金属若手の会 夏の学校

案内:今年度も、有機金属若手の会夏の学校を2泊3日の合宿形式で開催します。有機金…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー