Akihiro Kimura HP

木村明洋 B研助教

名古屋大学大学院理学研究科

理学専攻物理科学領域 B研

Akihiro Kimura, Assist. Prof., B Lab.

Department of Physics, Graduate School of Science, Nagoya University

植物や光合成バクテリアは、太陽光のエネルギーを効率よく物質の化学エネルギーに変換する事がよく知られています。自然、あるいは生物は、進化という「頭脳」を用いることによってきわめて優れたエネルギー変換システムを作り上げてきました。現代の自然科学の発展によって少しずつその機構がわかってきましたが、あまりにも巧妙に仕組まれたこのような生体装置が、どのようにして作られ、どのようにして働くのかについては、まだまだ謎があまりにも多いのです。

(旧TB研HP googlesites版より)

最新情報：

第33回「光合成セミナー2026」（6月27-28日於神戸大学）でポスター発表しました。（2026/06/28）

日本物理学会2026年春季大会（3月23-26日オンライン）でY., N.氏が口頭発表しました。（2026/03/24）

第67回日本植物生理学会年会（3月13-15日於明治大学）で口頭発表しました。（2026/03/13）

Photosynthesis Researchに研究論文が掲載されました。（2026/01/28）

研究について

タンパク質の３次元立体構造から光合成のエネルギー変換の仕組みを理解する

植物や光合成細菌は、太陽光を吸収し、そのエネルギーを生命活動に必要な化学エネルギーへと変換しています。この過程では、光を吸収したクロロフィルなどの色素分子で生じた電子励起エネルギーが、光捕集タンパク質の中を移動し、最終的に反応中心タンパク質内で電子移動を引き起こします。

私たちは、反応中心や光捕集タンパク質中の電子励起した色素分子がどのように相互作用してその電子励起状態を変化させていくかを調べています。特に３次元色素配置の構造情報に基づいて電子状態やエネルギー移動の経路を解析することで、光合成が高効率で機能するしくみを物理的に理解することを目指しています。

多様な光合成システムのしくみと進化を探る

光合成のしくみは、生物の種類や生育環境によって大きく異なります。可視光を利用する一般的な光合成系だけでなく、遠赤色光や近赤外光といったより波長の長い光を利用する光合成生物もいます。

私たちは、さまざまな光合成システムを比較し、使われる色素、反応中心の構造、エネルギー移動の経路の違いが機能にどのような影響を与えるのかを調べています。これにより、光合成生物が環境に対してどのように適応し、進化してきたのかを理解することを目指しています。

量子散逸系の物理で多様な光合成反応初期過程を解析する

光合成で起こる励起エネルギー移動や電子移動は、量子力学的な性質をもつ分子が、周囲のタンパク質や熱揺らぎと相互作用しながら進む反応過程です。つまり、エネルギーは孤立した分子の中だけで動くのではなく、環境との相互作用を常に受けながら流れていきます。

このような現象は量子散逸系として捉えることができ、理論モデルを構築し数値解析することで機能の理解を深めます。具体的には、光捕集・反応中心タンパク質複合体内の色素系について、色素分子間の相互作用、各エネルギー準位、タンパク質環境による揺らぎや緩和をモデル化し、光励起された色素系の励起エネルギーがどのような経路を通って移動し、なぜ効率よく反応中心へ到達するのかを解析します。

この研究では、基礎的な量子力学／統計力学／反応速度論／数値計算を組み合わせます。物理・化学・生物の基礎を活かしながら、光合成反応初期過程の生命現象を数理的・計算科学的に研究しています。

（参考：一般社団法人日本生物物理学会 HP / 教育 / 生物物理について/ 電子移動・励起移動）