研究内容

ホタル生物発光

ホタルの発光はルシフェラーゼ酵素により引き起こされる化学反応で起こる生物発光の一種です。 基質であるホタルルシフェリンが酸化反応によりオキシルシフェリン励起状態になります。 そのオキシルシフェリンが基底状態になるときに発光することが知られています。 温度、溶媒のpH、ルシフェラーゼの一部が変化した変異体、金属イオンの混入などで、その発光色が変化しますが、 その発光過程はまだよくわかっていません。

私たちは、ホタルルシフェリンやオキシルシフェリンの共役酸・塩基に着目し、 基底状態と第一励起状態についての分子構造とエネルギー準位の計算を行いました。 その結果に基づき pHを変化させた吸収・発光スペクトルの帰属を行うことで、スペクトル中にはこれまで考えられていなかった 共役酸や共役塩基の 吸収や発光が現れているという情報を得ました。 今後は、理論計算だけでなく、実験的手法も用いて、生物発光研究を進めていきたいと考えています。

光合成反応中心における電荷移動

環境問題のなかで地球温暖化は最も懸念すべき問題の一つです。 植物による光合成は、この温暖化因子として知られている CO₂を減少させる働きをするため、そのエネルギー変換機構について多くの研究がなされています。 光合成の初期段階の光化学反応の本質は、反応中心において太陽光を吸収した色素分子が電子励起され、 その電子励起エネルギーが電荷移動のエネルギーに変換されることにあります。 紅色光合成細菌Rhodobactor (Rb.) sphaeroidesの反応中心について電子状態計算による研究を行いました。 その結果、Rb.sphaeroides の反応中心を構成するポルフィリン環の長い直鎖は、 蛋白質の電荷の効果を細菌にとって都合よく取り入れる間接 的な役割と、 波動関数の重なりにより電荷移動しやすくする直接的な役割をもつことがわかりました。 ほかの光化学系反応中心のエネルギー変換機構についても 同じような役割を持っているのか調べていきたいと思っています。

高層大気における原子分子反応素過程の理論研究

学部学生のときから単原子分子の高励起状態が関与する現象の理論的研究を行ってきました。 HeLi⁺,HeNa⁺,HeK⁺などのエキシマーの発光、 光電子スペクトルの帰属、 二原子分子の超励起状態の性質と動力学過程に関する理論研究などを行ってきました。 また、一電子だけが高く励起したリドベルグ状態と、価電子励起状態が混在するエネルギー領域の スペクトル解析のため、 多チャンネル量子欠損理論と電子状態計算に基づくR行列法とを組み合わせた 「R行列/多チャンネル量子欠損理論（R matrix/MQDT）」 を新しく作りました。 地球大気のなかで特に高層大気における原子分子反応素過程には、 原子や分子の高励起状態やイオン化状態が深く関与しています。 これまで開発してきたR matrix / MQDT法を用いて、 地球大気における原子分子の反応素過程を解明したいと思っています。