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Atomistic origin of selective Cs accumulation in mushrooms; DFT analysis for alkali metal cation complexation selectivity of scissors-like pigments

きのこにおける選択的Cs蓄積の原子論的起源; はさみ状色素のアルカリ金属カチオン錯体形成選択性のDFT解析

数納 広哉 ; 町田 昌彦 

Suno, Hiroya; Machida, Masahiko

一般的に、菌類は高等植物よりもはるかに多くの放射性Csを蓄積する。特に、菌類のいくつかの種は他の種と比較して、原子力事故で放出された放射性Cs($$^{134}$$Cs, $$^{137}$$Cs)を子実体に、選択的に、大量に蓄積することはよく知られている。この事実は汚染された森林地域においては懸念事項であるが、その理由はきのこの消費が、他の汚染された森林食物の消費に加えて、住民にとって内部被曝の主な経路の一つであるからである。Csカチオンと選択的に錯体形成する、きのこの傘に分布するノルバジオンAにのみ幾らかの研究がこれまで行われてきたが、きのこ内部には非常に多様な色素分子が存在するのである。そこで、我々は、最新の計算技術を用いて、どのような種の色素分子が選択的にCsカチオンと錯体化しうるのか体系的に調査した。結果として、2つの同等なプルビン酸基を持つ、対称的なはさみ状構造がCs錯体形成選択性に決定的であることを、4つのはさみ状色素の比較分析により、我々は見出した。したがって我々はそのような対称的なはさみ状色素を持つきのこの種が高いCs放射能を保持すると予言する。

Generally, fungi accumulate radioactive Cs much more than higher plants. Particularly, some species of fungi have been well-known to selectively accumulate high amounts of radioactive Cs ($$^{134}$$Cs, $$^{137}$$Cs) released by nuclear accidents in their fruiting bodies compared with other species. This is a highly concerned issue in the contaminated forest areas, because consumption of mushrooms is one of the main routes of internal radiation for the residents in addition to consumption of other contaminated forest foods. So far, several investigations have focused on only one pigment molecule, norbadione A, observed mainly inside the mushroom caps, selectively complexing Cs cations, though there exist a huge variety of pigment molecules inside mushrooms. Here, we examine systematically which type of pigment molecules can selectively complex Cs cations, by using a state-of-the-art computational technique. We consequently find that a symmetric scissors-like structure, formed with two equivalent pulvinic acid moieties, is crucial for the Cs complexation selectivity, from comparative analysis among four scissors-like pigments. We thus predict that mushroom species including such symmetric scissors-like pigments can keep high Cs radioactivity.

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