軟X線吸収分光法を用いたリン酸の二重結合性の観測に成功 -生化学反応の詳細なメカニズム解明に道筋-

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2026-06-26 分子科学研究所

自然科学研究機構分子科学研究所、高エネルギー加速器研究機構(KEK)らの研究グループは、軟X線吸収分光法(XAS)を用いて、リン酸のP=O πピークからリン酸基の二重結合性を直接観測することに初めて成功した。固体および水溶液中のリン酸を対象に、放射光XAS測定と分子動力学計算、内殻励起計算を組み合わせて解析した結果、固体ではリン酸の負電荷が大きいほど二重結合性が増加する一方、水溶液では陽イオンや溶媒分子との相互作用によって二重結合性が低下し、P=O πピークが消失することを明らかにした。また、この現象は二リン酸やATPなどの高リン酸化合物にも共通して見られることを確認した。研究成果は、生体エネルギー代謝に重要なATPの合成や加水分解など、高リン酸化合物が関与する生化学反応をその場で解析する新たな手法となる可能性を示しており、生化学反応機構の詳細な解明や生命科学研究への応用が期待される。

軟X線吸収分光法を用いたリン酸の二重結合性の観測に成功 -生化学反応の詳細なメカニズム解明に道筋-

図1 : 固体と液体のリン酸のO K吸収端XASスペクトル。固体のNaH2PO4からNa3PO4になると、P=O π*ピークの強度が大きくなることが分かる。Na3PO4水溶液ではP=O π*ピークが消失することが分かる。

<関連情報>

酸素K吸収端X線吸収分光法による固体と液体のリン酸の二重結合性の観測 Double-Bond Character of Phosphates in Solid and Liquid Phases Probed by Oxygen K-Edge X-ray Absorption Spectroscopy

Masanari Nagasaka,Fumitoshi Kumaki,Jun-ichi Adachi

The Journal of Physical Chemistry Letters  Published June 1, 2026

DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6c00737

Abstract

Double-bond character of phosphate groups has important roles for biological reactions and was investigated using the P═O π* peaks in the oxygen K-edge X-ray absorption spectroscopy (XAS). The O K-edge XAS spectra of phosphates in the solid phase found that the double-bond character of phosphates is enhanced as the negative charge increases, where the weak P═O π* peak was observed in NaH2PO4, but distinct P═O π* peaks were obtained in Na2HPO4 and Na3PO4. Conversely, the P═O π* peaks were not observed in the XAS spectra of any phosphates in the liquid phase, indicating a substantial reduction in the double-bond character of the phosphate groups owing to the interaction of Na+ ions and the formation of hydration structures. The XAS spectra of diphosphates validated that change in the double-bond character of the phosphate groups is a general phenomenon also observed in high-energy phosphate compounds, which is closely related to the reactivity of adenosine triphosphate hydrolysis.

生物化学工学
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