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実在環境を考慮した励起状態動力学計算によるDNA二重らせん構造の光安定性の解明

Research Project

Project/Area Number 12J01535
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

原渕 祐  北海道大学, 大学院理学研究院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
KeywordsDNAの光安定性 / DNA塩基 / ab initio分子動力学法 / シトシン / 励起状態ダイナミクス
Research Abstract

DNAの紫外光に対する安定性は、皮膚ガンなどに対する防御機構として広く注目されている。DNAの光安定性においては、DNA塩基の超高速減衰過程が主の要因となっており、これまでに、高精度ab initio分子動力学(AIMD)法により、単分子DNA塩基であるシトシンの励起状態における動的機構を明らかにしてきた。AIMDシミュレーションから得られたケト体シトシンの減衰曲線は、過渡吸収スペクトルの実験値と非常に良い一致を示し、実験から得られた減衰が、励起状態から基底状態への無輻射失活に対応することを示した。
本研究では、ケト体シトシンに加えて、実験から励起寿命の変化が示唆された互変異性体(イミノ体、エノール体)に関しても高精度AIMD法と高精度電子状態計算を適用し、その励起寿命の変化機構を解析した。同様の計算から、シトシン互変異性体の励起寿命がイミノ体<ケト体<エノール体の順に長くなることを明らかにした。また、実験から予想されていた励起状態における光異性化反応について反応障壁を調べたところ、比較的障壁が高く、励起寿命への関与は小さいことが予測された。基底状態最安定構造のエネルギーの比較から、それぞれの互変異性体の存在が励起寿命に影響を与えている可能性を示した。本年度は、この結果について学術誌に発表した。
続く研究として、光反応の解析手法の開発にも着手した。光反応の解析では、最小エネルギー円錐交差点(MECI)の情報が非常に有用となる。しかしMECI構造は分子の安定構造とはかけ離れており、推定が一般に困難である。そこで、円錐交差自動探索法と、スピンフリップ(SF)TDDFTを結合し、精度をそれほど落とさずにコストを大幅に削減するMECI探索手法を開発した。開発した手法をブタジエンに適用し、多数のMECI構造を求めた。この内容について学術誌に発表した。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] A direct channel of the water gas shift reaction in gas phase2014

    • Author(s)
      Y. Harabuchi, S. Maeda, T. Taketsugu, K. Ohno
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 43 Issue: 2 Pages: 193-195

    • DOI

      10.1246/cl.130940

    • NAID

      130004867980

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photophysics of Cytosine Tautomers : New Insights into the Nonradiative Decay Mechanisms from MS-CASPT2 Potential Energy Calculations and Excited-state Molecular Dynamics Simulations2013

    • Author(s)
      A. Nakayama, Y. Harabuchi, S. Yamazaki, T. Taketsugu
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 15 Issue: 29 Pages: 12322-12339

    • DOI

      10.1039/c3cp51617b

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Automated search for minimum energy conical intersection geometries between the lowest two singlet states S0/S1-MECIs by the spin-flip TDDFT method2013

    • Author(s)
      Y. Harabuchi, S. Maeda, T. Taketsugu, N. Minezawa, K. Morokuma
    • Journal Title

      J. Chem. Theo. Comp.

      Volume: 9 Issue: 9 Pages: 4116-41423

    • DOI

      10.1021/ct400512u

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A multireference perturbation study of the NN stretching frequency of trans-azobenzene in nπ excitation and an implication for the photoisomerization mechanism2013

    • Author(s)
      Yu Harabuchi
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 136 Issue: 6

    • DOI

      10.1063/1.4790611

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Trifurcation of the Reaction Pathway2012

    • Author(s)
      Yu Harabuchi
    • Journal Title

      Computational and Theoretical Chemistry

      Volume: 1000 Pages: 70-74

    • DOI

      10.1016/j.comptc.2012.09.024

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 全対称分岐及び多方向分岐に関する理論的研究2014

    • Author(s)
      原渕祐、前田理、小野ゆり子、中山哲、武次徹也
    • Organizer
      第12回 北大シミュレーション・サロン・ワークショップ
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌)
    • Year and Date
      2014-03-14
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Ab initio Molecular Dynamics Approach to Tunneling Splitting Calculations2013

    • Author(s)
      Tetsuya Taketsugu, Aya Sato, Yu Harabuchi, and Yusuke Ootani
    • Organizer
      第5回Japan-Czech-Slovakia (JCS) International Symposium on Theoretical Chemistry
    • Place of Presentation
      Todai-ji Culture Center (奈良県)
    • Year and Date
      2013-12-04
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] AIMD-WKB法の開発と電子励起状態におけるトロポロン分子内プロトン移動によるトンネル分裂計算への適用2013

    • Author(s)
      佐藤 彩、原渕 祐、大谷 優介、武次 徹也
    • Organizer
      第7回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      京都テレサ(京都府)
    • Year and Date
      2013-09-26
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 励起プロトン移動によるトンネル分裂の第一原理計算 : トロポロンへの適用2013

    • Author(s)
      佐藤 彩, 原渕 祐, 大谷 優介, 武次 徹也
    • Organizer
      第16回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      福岡市健康づくりサポートセンター(福岡県)
    • Year and Date
      2013-05-15
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] GRRM法とSF-TDDFT法を組み合わせた最小エネルギー円錐交差構造自動探索 : 大きな分子への適用へ向けて2013

    • Author(s)
      原渕祐
    • Organizer
      日本化学会 第93春季年会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス(滋賀県)
    • Year and Date
      2013-03-23
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] トランスアゾベンゼンnπ/ππ励起による光異性化反応機構に関する理論的研究2013

    • Author(s)
      原渕祐
    • Organizer
      第11回 北大シミュレーション・サロン・ワークショップ
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌市)
    • Year and Date
      2013-03-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] GRRM法とSF-TDDFT法を組み合わせた円錐交差自動探索法の開発2012

    • Author(s)
      原渕祐
    • Organizer
      化学反応経路探索のニューフロンティア2012
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2012-09-22
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] トランスアゾベンゼンnπ/ππ励起による光異性化反応機構に関する理論的研究2012

    • Author(s)
      原渕祐
    • Organizer
      第6回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2012-09-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] トランスアゾベンゼンの光異性化機構に関する理論的研究2012

    • Author(s)
      原渕祐
    • Organizer
      北海道支部2012年夏季研究発表会
    • Place of Presentation
      旭川高等専門学校(旭川市)
    • Year and Date
      2012-08-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical study on photoisomerization mechanism of trans-azobenzene2012

    • Author(s)
      Yu Harabuchi
    • Organizer
      2012 CSE Summer School
    • Place of Presentation
      定山渓万世閣ホテルミリオーネ(札幌市)
    • Year and Date
      2012-07-16
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Study on Photoisomerization Mechanism of trans-Azobenzene2012

    • Author(s)
      Yu HAEABUCHI
    • Organizer
      The XIVth International Congress of Quantum Chemistry (ICQC 14th)
    • Place of Presentation
      コロラド大学(Boulder, Colorado, U.S.A.)
    • Year and Date
      2012-06-26
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical study on vibrational spectra and photoisomerization of trans-azobenzene2012

    • Author(s)
      Yu HARABUCHI
    • Organizer
      28th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics (第28回化学反応討論会)
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス(福岡県)
    • Year and Date
      2012-06-06
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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