ホタルの発光色変化の謎を解明へ―ルシフェリン分子の構造変化をX線吸収計測で把握：群馬大学/高エネルギー加速器研究機構ほか
(2024年4月12日発表)
群馬大学、高エネルギー加速器研究機構（KEK）、分子化学研究所などの共同研究グループは4月12日、ホタルの発光を担っているルシフェリン分子の構造変化を明らかにしたと発表した。ホタルの発光色が変化する謎を解く道が開かれたとしている。
ホタルはルシフェリンと呼ばれる化合物がルシフェラーゼ酵素と反応することにより発光している。ホタルの発光色はpHや温度など環境の違いによって異なることは古くから知られているが、発光色が決まる分子的レベルのメカニズムはいまだ解き明かされていない。
ルシフェリン-ルシフェラーゼ反応についてはこれまでの研究により、ルシフェリンとアデノシン三リン酸（ATP）が、中間体であるルシフェリル-AMPを生成し、次いで酸化反応により、発光体であるホタルオキシルシフェリンの励起状態が生成される、というモデルが認められている。
しかし、このモデルでは発光色が環境の違いによって異なる理由を説明することができず、環境を考慮した分子構造の変化を捉えることが課題とされていた。
研究グループは今回、ルシフェリンからのプロトン（水素イオン）の離脱に着目し、溶媒のpH変化によってルシフェリンからプロトンが離脱するときに起こる分子構造の変化を炭素原子X線吸収スペクトル変化によって捉えることを目指した。
プロトンの離脱は、環境の変化でルシフェリンが示す構造変化のモデルケースである。
研究グループはこれまで困難だったX線吸収計測を実現し、それと量子化学計算を組み合わせることにより、脱プロトン化を反映する炭素原子X線吸収スペクトルの特徴を特定することに成功した。
これは、pH変化に伴いルシフェリンが示す構造変化を炭素原子X線吸収スペクトルの変化として捉えることが可能であることを示したもので、長年の謎であるホタルの発光メカニズムを新視点で明らかにする道が開かれたとしている。
