光化学系IIの進化の過程でP680は如何にして高い酸化力を獲得したか？

抄録

光化学系IIの第一電子供与体クロロフィルP680は、約1.2Vという極めて高い酸化電位（E_ox）を持ち、この高い酸化力が、系IIにおける水の酸化による酸素発生を可能にしている。およそ27億年前に起った細菌型反応中心（PのE_oxは約0.5V）から光化学系IIへの進化において、この高いP680の酸化電位が如何にして獲得されたかは、大きな謎として残されている。本研究では、量子化学的手法を用い、系II蛋白質におけるP680の高い酸化電位の原因を調べ、その進化の過程を推測した。密度汎関数法を用いて、溶媒の極性（誘電率：ε）とクロロフィルのE_oxとの関係を求めたところ、ε>5の極性環境下ではE_oxはほぼ一定値（～0.75）を示したが、ε<5の低極性環境下では、εが低くなるにつれ、E_oxは急激に上昇した。この関係から、理想的な疎水蛋白質中（ε=2）では、クロロフィルは1.5Vという極めて高い酸化電位を持つことが示された。このことは、クロロフィルは、無極性環境下では本来、水の酸化に十分な酸化力を持っていることを示している。実際に、P周りの極性残基の数は、紅色細菌に対し、系IIでは約半数に減っており、P680の結合部位の極性を下げることが、P680の酸化力上昇の最大の要因であったと考えられる。