Aspergillus niger胞子による六価クロム生体吸着のキチン優勢分子機構:分光学的解明とDFTの検証
要旨：
六価クロム［Cr(VI)］汚染という深刻な環境課題に対処するためには、重金属を生物材料がどのように吸着するかという分子機構の理解が不可欠であると筆者らは位置づけている。
本研究では、Aspergillus niger の胞子（AS）による Cr(VI) のバイオソープション（生物吸着）について、キチンが中心的役割を果たす分子機構が、詳細な物性評価と機構解析を通じて体系的に検討されたと報告されている。
イオンクロマトグラフィーおよびガスクロマトグラフィー質量分析の結果、AS の構成成分の 91.7％が多糖類であり、そのうち D-グルコサミン塩酸塩として定量されたキチン由来成分が 13.2％を占めることが示され、金属結合の分子的基盤が明確になったとされている。
また、胞子表面のエキヌレート（棘状）形態が多数の接触部位を提供するとともに、キチンに由来するアミド基、グルカンに由来するヒドロキシ基、タンパク質に由来するカルボキシ基といった多機能な結合部位が存在することが示唆されている。
バッチ吸着実験では、pH 2.0 条件下において最大吸着容量が 106.29 mg g⁻¹ に達し、擬二次反応速度式に従う挙動を示したことから、化学吸着が支配的であることが確認されたと筆者らは述べている。
さらに、密度汎関数理論（DFT）計算により、キチンが 2.47 eV の結合エネルギーで強固に Cr(VI) と相互作用することが示され、配位結合を介した高い親和性が裏付けられたと報告されている。
加えて、Fukui 関数解析から、反応性の高い部位がアミノ基およびヒドロキシ基に局在することが精密に特定されたとしている。
これらの実験的および理論的知見を総合し、筆者らは、① pH 依存的な静電相互作用による初期接触、② キチンを介した Cr(VI) から毒性の低い Cr(III) への還元、③ 配位錯体形成による安定的固定化、という三段階からなるキチン主導型の分子機構を提案している。
このような機構理解は、キチンを基盤とした機能性材料の設計や、持続可能な重金属汚染修復技術の高度化に向けた理論的指針を与えるものと位置づけられている。
六価クロム［Cr(VI)］汚染という深刻な環境課題に対処するためには、重金属を生物材料がどのように吸着するかという分子機構の理解が不可欠であると筆者らは位置づけている。
本研究では、Aspergillus niger の胞子（AS）による Cr(VI) のバイオソープション（生物吸着）について、キチンが中心的役割を果たす分子機構が、詳細な物性評価と機構解析を通じて体系的に検討されたと報告されている。
イオンクロマトグラフィーおよびガスクロマトグラフィー質量分析の結果、AS の構成成分の 91.7％が多糖類であり、そのうち D-グルコサミン塩酸塩として定量されたキチン由来成分が 13.2％を占めることが示され、金属結合の分子的基盤が明確になったとされている。
また、胞子表面のエキヌレート（棘状）形態が多数の接触部位を提供するとともに、キチンに由来するアミド基、グルカンに由来するヒドロキシ基、タンパク質に由来するカルボキシ基といった多機能な結合部位が存在することが示唆されている。
バッチ吸着実験では、pH 2.0 条件下において最大吸着容量が 106.29 mg g⁻¹ に達し、擬二次反応速度式に従う挙動を示したことから、化学吸着が支配的であることが確認されたと筆者らは述べている。
さらに、密度汎関数理論（DFT）計算により、キチンが 2.47 eV の結合エネルギーで強固に Cr(VI) と相互作用することが示され、配位結合を介した高い親和性が裏付けられたと報告されている。
加えて、Fukui 関数解析から、反応性の高い部位がアミノ基およびヒドロキシ基に局在することが精密に特定されたとしている。
これらの実験的および理論的知見を総合し、筆者らは、① pH 依存的な静電相互作用による初期接触、② キチンを介した Cr(VI) から毒性の低い Cr(III) への還元、③ 配位錯体形成による安定的固定化、という三段階からなるキチン主導型の分子機構を提案している。
このような機構理解は、キチンを基盤とした機能性材料の設計や、持続可能な重金属汚染修復技術の高度化に向けた理論的指針を与えるものと位置づけられている。
