光合成と炭素固定を促進する新しい有機鉄硫黄フレームワーク材料を開発( New Organic Iron-Sulfur Framework Boosts Photosynthesis and Carbon Fixation)

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2026-11-05 中国科学院(CAS)

中国科学院の研究チームは、光合成における電子伝達機能を模倣し、炭素固定能力を高める新しい有機鉄硫黄フレームワーク(OISF)材料を開発した。鉄硫黄クラスターは、電子伝達や酵素反応、光合成に不可欠なタンパク質補因子であるが、酸素に対する感受性が高く、不安定であるため、実用材料への応用が難しかった。研究チームは、水熱合成法を用い、有機配位子としてテレフタル酸を導入することで、独立した鉄硫黄クラスターを含むナノシート状の構造体を作製した。X線回折、放射光分析、メスバウアー分光法などにより、[2Fe-2S]構造を確認した。この材料は高い電子移動能力と酸化還元活性を持ち、従来の硫化鉄鉱物よりも酸素安定性に優れる。さらに、単離した葉緑体と組み合わせて有機鉄硫黄フレームワーク・葉緑体複合体(OCC)を構築したところ、葉緑体単独の場合と比較して炭素固定活性が向上した。本研究は、光合成の暗反応における電子伝達を促進するバイオ模倣材料・人工酵素の開発に新しい道を開くものである。

光合成と炭素固定を促進する新しい有機鉄硫黄フレームワーク材料を開発( New Organic Iron-Sulfur Framework Boosts Photosynthesis and Carbon Fixation)
Construction of OISF and its enhancement of chloroplast dark reactions (Image by GAO Lizeng’s group)

<関連情報>

電子伝達能力を有する有機鉄硫黄骨格が光合成による炭素固定を促進する Organic Iron Sulfur Framework With Electron Transfer Capacity Promotes Photosynthetic Carbon Fixation

Haolin Cao, Xin Zhang, Lei Chen, Xiaonan Wang, Jing Jiang, Cuimin Liu, Xiyun Yan, Lizeng Gao
Small  Published: 30 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/smll.76352

Abstract

Iron-sulfur clusters (ISCs) are crucial prosthetic groups in natural proteins that participate in vital electron transfer processes. Although various artificial ISCs with catalytic activity have been constructed, synthesizing stable ISCs under aerobic conditions remains a significant challenge. Here, we report a hydrothermal synthesis strategy to produce metal–organic frameworks (MOFs) containing discrete ISCs, bridging the gap between biological ISCs and conventional iron sulfide minerals. Using terephthalic acid (TPA) as the organic linker to encapsulate ISCs, we constructed MOF-like nanosheets termed Organic Iron-Sulfur Frameworks (OISF). Comprehensive characterization, including Mössbauer spectroscopy have confirmed the crystal structure of OISF containing [2Fe-2S] cores. The OISF exhibits robust electron transfer capability toward various acceptors, mediated by the dynamic formation of interlayer S─S bonds. Leveraging this property, OISF is combined with chloroplasts to enhance dark reactions in vitro and applied as a fertilizer to promote the growth of spinach in vivo, highlighting the potential of stable ISCs in biochemical and industrial applications.

生物化学工学
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