目まえがき

次………………………………………………………………………

本書を読むにあたって………………………………………………………

vii
ix

1．クロロフィルと光合成
1-1クロロフィルの研究の歴史 ………………………………………… 1

1 - 2 分子構造と名称 ……………………………………………………… 2
1-2-1

基本骨格と命名法 ………………………………………… 2

1 - 2 - 2 クロロフィル ……………………………………………… 7
1-2-3

バクテリオクロロフィル ………………………………… 81-2-4配位構造 ………………………………………………… 11

1-2-5

微量成分 ………………………………………………… 12

1 - 2 - 6 分子構造と名称の不一致 ……………………………… 14
1 - 3 クロロフィルの分布 ………………………………………………… 14
1 - 3 - 1 光合成生物の分類 ……………………………………… 14
1-3-2光合成細菌 ……………………………………………… 15

1-3-3

シアノバクテリア ……………………………………… 18

1-3-4

酸素発生型光合成生物 ………………………………… 21

1 - 3 - 5 植物の光合成器官以外での蓄積 ……………………… 21
1-3-6

非光合成細菌 …………………………………………… 23

1-3-7

動1-3-8バイオマーカー ………………………………………… 24

物 …………………………………………………… 24

1 - 4 今後の展望 …………………………………………………………… 241-4-1

結晶構造と反応機構 …………………………………… 24

1-4-2

利用・応用 ……………………………………………… 26

1-4-3

環境問題への貢献 ……………………………………… 26

1 - 4 - 4 地球の生産性の見積り ………………………………… 27
第 1 章のまとめ……………………………………………………………… 28
第 1 章の参考文献…………………………………………………………… 28
コラム 1

無酸素型光合成生物 8 ／コラム 2

コラム 3

一次共生と二次共生 19

Chl d の再発見 19 ／xi

目

次2．クロロフィルの化学
2-1

光物性 ………………………………………………………………

31

2 - 1 - 1 π骨格 …………………………………………………… 32
2-1-2置換基 …………………………………………………… 34

2-1-3配位（分子間相互作用）………………………………… 36

2-1-4会合体形成 ……………………………………………… 37

2-1-5

偏光性 …………………………………………………… 38

2-1-6電子遷移 ………………………………………………… 40

2 - 2 化学反応性 ……………………………………………………………… 46
2 - 2 - 1 エピマー化 ……………………………………………… 46
2 - 2 - 2 アロマー化 ……………………………………………… 47
2 - 2 - 3 フェオフィチン化 ……………………………………… 47

2-32-2-4π骨格変化 ……………………………………………… 48

2-2-5

酸化還元 ………………………………………………… 48

2-2-6分子軌道法による電子遷移状態の説明 ……………… 49

化学合成 ……………………………………………………………… 52
2-3-1

全合成 …………………………………………………… 52

2-3-2

部分合成 ………………………………………………… 53

2 - 3 - 3 官能基変換 ……………………………………………… 58
2 - 3 - 4 化学からみた生合成系の合理性 ……………………… 63
2-4

利用法 ………………………………………………………………… 66
2 - 4 - 1 色素増感太陽電池 ……………………………………… 66
人工光合成（水素発生）………………………………… 68

2-4-2

2-4-3

光線力学療法（PDT）…………………………………… 69

2-4-4環境モニター …………………………………………… 70

第 2 章のまとめ……………………………………………………………… 71
第 2 章の参考文献…………………………………………………………… 72xii

目

次3．クロロフィルの物理学
3-1

クロロフィル分子の特徴 …………………………………………… 75

3-2共役分子の性質 ……………………………………………………… 75

3-3分子の構造と振電状態 ……………………………………………… 77
3-3-1

ボルン・オッペンハイマー近似 ……………………… 77

3-3-2

分子の電子状態 ………………………………………… 79

3-3-3分子振動 ………………………………………………… 81

3 - 4 光吸収と蛍光 ………………………………………………………… 82

3-5

3-4-1

光吸収の原理 …………………………………………… 82

3-4-2

光吸収スペクトル ……………………………………… 82

3-4-3

蛍光スペクトル ………………………………………… 86

クロロフィル分子の光学的性質 …………………………………… 87
3-5-1

クロロフィル分子の光学的実測データ ……………… 87

3 - 5 - 2 クロロフィル分子の光吸収スペクトルの理論的解釈 … 91
3 - 6 分子会合体の電子状態 …………………………………………… 102
3-6-1

二量体の場合 …………………………………………… 103

3 - 6 - 2 多量体の場合 …………………………………………… 107
3-73-8状態間の遷移 ……………………………………………………… 109
3-7-1

無輻射遷移 ……………………………………………… 109

3-7-2

電子移動反応 …………………………………………… 110

3-7-3

励起エネルギー移動 …………………………………… 117

生体電子移動反応 ………………………………………………… 121
3-8-1

スペシャルペアの電子状態 …………………………… 1213-8-2

反応中心の電子移動反応 ……………………………… 124

3 - 8 - 3 タンパク質中での電子移動の速度調節機構 ………… 127
3-9生体励起エネルギー移動 ………………………………………… 130
3 - 9 - 1 紅色光合成細菌のアンテナ系での励起エネルギー移動の特徴…………………………… 130
3 - 9 - 2 B800 から B850 への励起エネルギー移動の機構 …… 131
3 - 9 - 3 新しい励起エネルギー移動機構（中間結合励起エネルギー移動機構）の可能性 …… 132

第 3 章のまとめ…………………………………………………………… 134
第 3 章の参考文献………………………………………………………… 134
コラム 1 クロロフィルのストークスシフトと線幅 120xiii

目

次4．クロロフィルの生物学
4-1

光合成系での機能 ………………………………………………… 137
4 - 1 - 1 光合成色素（アンテナ系）の概念と構成 …………… 137

4-2

4-1-2

アンテナ系の各論 ……………………………………… 141

4-1-3

エネルギー散逸 ………………………………………… 157

電子伝達系 ………………………………………………………… 160
4-2-1

電子伝達系の概念と構成 ……………………………… 160

4-2-2電子伝達系の構成成分（クロロフィルが関与する部分のみ）…………………… 165

4-3非光合成器官（系）での機能 …………………………………… 177
4-3-1

花

色 …………………………………………………… 178

4-3-2

果実（果皮）……………………………………………… 178

4-3-3

貯蔵物質 ………………………………………………… 178

4-3-4

非光合成細菌での機能 ………………………………… 179

4 - 4 生合成 ……………………………………………………………… 1814-4-1

合成経路 ………………………………………………… 181

4-4-2

光合成細菌 ……………………………………………… 186

4 - 4 - 3 シアノバクテリア ……………………………………… 190
4 - 4 - 4 藻類（Chl c 合成） ……………………………………… 192

4-54-6

4-4-5植物（Chl b 合成） ……………………………………… 1934-4-6他の光合成色素合成系との共役 ……………………… 194

4-4-7

色素とアポタンパク質との合成調節 ………………… 1954-4-8

合成経路制御の生理学的意義 ………………………… 195

分解経路 …………………………………………………………… 196
4-5-1

分解系−中間体の適切な処理 ………………………… 196

4-5-2

光阻害時のクロロフィルの代謝回転 ………………… 198

4-5-3

中間代謝産物の（特異的）蓄積 ……………………… 198

光合成生物の多様性と色素・色素系の進化 …………………… 198
4-6-1アンテナ系の構成と多様性 …………………………… 199

4-6-2

進化の方向（仮説）……………………………………… 200

4-6-3

クロロフィル合成系の進化と色素系の進化 ………… 200

4-6-4

なぜクロロフィルが必要なのか？
−クロロフィルのそもそも論− ……………………………201

第 4 章のまとめ…………………………………………………………… 204
xiv

目

次

第 4 章の参考文献………………………………………………………… 204
コラム 1

ダルトン 150 ／コラム 2

162 ／コラム 3

第一電子受容体、第一電子供与体

ステート変化 177

5．クロロフィルの分析法
5-1

分離精製法 ………………………………………………………… 211
5 - 1 - 1 各クロロフィルにおける要点 ………………………… 211
5-1-2

抽

出 …………………………………………………… 214

5-1-3

精製 …………………………………………………… 214

5 - 2 分析方法 …………………………………………………………… 216
5-2-1

可視吸収分光法 ………………………………………… 216

5-2-2

質量分析法 ……………………………………………… 217

5 - 2 - 3 核磁気共鳴法 …………………………………………… 218
5 - 2 - 4 振動分光法 ……………………………………………… 226
5 - 3 定量法 ……………………………………………………………… 227
5-3-1

生物試料からの抽出法 ………………………………… 2275-3-2

分光定量法 ……………………………………………… 228

5-3-3

分光定量法の実際 ……………………………………… 229

5 - 3 - 4 低温吸収スペクトル法 ………………………………… 231
5-45-55-6蛍光測定法 ………………………………………………………… 232
5-4-1

定量法 …………………………………………………… 232

5-4-2

蛍光スペクトルの測定法（室温）……………………… 233

5-4-3

蛍光スペクトルの測定法（低温）……………………… 235

5 - 4 - 4 蛍光スペクトルの測定例 ……………………………… 236
蛍光偏光法 ………………………………………………………… 240
5-5-1

原5-5-2

測定例 …………………………………………………… 243

理 …………………………………………………… 240

パルス変調時間分解蛍光法（PAM 法） ………………………… 245
5-6-1 原理 …………………………………………………… 245

5 - 6 - 2 応用例 …………………………………………………… 247
5-7

円偏光二色性 ……………………………………………………… 250
5-7-1

原

理 …………………………………………………… 250

5-7-2

測定法 …………………………………………………… 251xv

目

次5-7-3

応用例 …………………………………………………… 252

直線二色性 ………………………………………………………… 255

5-8

5-8-1 原理 …………………………………………………… 255

5 - 8 - 2 測定法 …………………………………………………… 256
5-8-3

応用例 …………………………………………………… 259

5 - 9 特殊な解析法（過渡吸収法、時間分解蛍光法）………………… 259
5-9-1

過渡吸収の測定例 ……………………………………… 260

5-9-2

時間分解蛍光の測定例 ………………………………… 264

5-9-3

遅延蛍光 ………………………………………………… 267

第 5 章のまとめ………………………………………………………… 269

第 5 章の参考文献……………………………………………………… 269

あとがき………………………………………………………………………… 273

付録

Ⅰ．天然に存在するクロロフィル分子種の一覧………………………… 276
Ⅱ．クロロフィルの吸収スペクトル……………………………………… 282Ⅲ．クロロフィル類の正確な吸収極大の位置…………………………… 289
Ⅳ．クロロフィル類のモル吸光係数……………………………………… 292
Ⅴ．分光学的手法によるクロロフィルの定量法（文献）……………… 293
Ⅵ．クロロフィルに関する成書…………………………………………… 295
Ⅶ．光合成生物の入手方法………………………………………………… 296
生物名索引……………………………………………………………………… 298
事項索引………………………………………………………………………… 300xvi