アミノ酞のキラル回転がスピン遞択性を生みだし発珟する新たな磁気コンパス効果を解明

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2026-10-30 神戞倧孊

神戞倧孊などの囜際研究チヌムは、枡り鳥などが地磁気を感知する仕組みに関係するず考えられおいる「磁気コンパス効果」に぀いお、光受容タンパク質クリプトクロムの分子レベルの機構を明らかにした。研究チヌムは、青色光を受けたクリプトクロム内郚で生じる電荷分離状態に着目し、電子スピン共鳎法ESRを甚いお反応䞭間䜓の立䜓構造倉化を解析した。その結果、タンパク質内郚の特定のアミノ酞残基がキラル右巻き・巊巻きのような非察称性な回転運動を行い、キラリティ誘起スピン遞択性CISSを生み出すこずを瀺した。このスピン遞択性によっお、反応䞭間䜓の電子スピン状態が倖郚磁堎の方向に䟝存し、磁気コンパス効果が増匷されるこずを明らかにした。生物が光ず地磁気を利甚しお方向を認識する仕組みの理解を進めるずずもに、生䜓分子を利甚した高感床磁気センサヌの開発に぀ながる成果である。

アミノ酞のキラル回転がスピン遞択性を生みだし発珟する新たな磁気コンパス効果を解明
クリプトクロムのキラリティスピン遞択性(CISS)による磁気コンパス
Yasuhiro Kobori, The Journal of Physical Chemistry Letters, 2026 (DOI10.1021/acs.jpclett.6c02747) (CC BY)

関連情報

クリプトクロムの光誘起電荷分離におけるキラリティ誘起スピン遞択性磁気受容における朜圚的な圹割 Chirality-Induced Spin Selectivity in Photoinduced Charge-Separations of Cryptochrome: Potential Role in Magnetoreception

Yasuhiro Kobori; Misato Hamada; Tatsuya Iwata; Hiroki Nagashima; Masaaki Fuki; Hideki Kandori; Stefan Weber
The Journal of Physical Chemistry Letters  Published:October 30, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6c02747

Abstract

Radical-pair-based magnetic compass mechanisms are believed to depend on spin-selective reaction pathways modulated by the Earth’s magnetic field. However, the influence of chirality-induced spin selectivity (CISS) on the magnetic compass function at the molecular level remains largely unknown. In this study, we address this question by monitoring the electron spin polarization of long-range charge-separated (CS) states in cryptochromes using time-resolved electron paramagnetic resonance spectroscopy. Our results reveal a measurable, albeit modest, 8% contribution of CISS to the observed spin polarization in the secondary CS state, while the CISS contribution is less than 6% in the tertiary CS state. We propose that the CISS polarization originates from the twisting rearrangement of an oxidized tryptophan residue. This is consistent with previously reported light-induced conformational changes between the inactive and active states of cryptochromes. Furthermore, model calculations predict that even a minor CISS can generate pronounced anisotropy in the signaling-state yield and impact a preferred yield directionality by breaking the magnetic-field inversion symmetry. Together, these findings suggest that CISS may provide an additional mechanism for directional sensitivity in radical pair-based chemical magnetoreception.

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