"Visualization" of the shape of the potential energy curves for low barrier hydrogen bonds by neutron protein crystallography with the assistance of the isotope effect

• Project/Area Number: 25K09540
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: 栗原 和男 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 上席研究員 (50354890)
• Project Period (FY): 2025-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2025)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2027: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2026: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 低障壁水素結合 / 量子効果 / 中性子 / 重水素 / 結晶構造解析

Outline of Research at the Start

タンパク質分子中の低障壁水素結合（Low Barrier Hydrogen Bond, LBHB）は、酵素反応過程等での重要性や結合内プロトントンネリングによる水素原子非局在化の観点からも着目されている。近年、申請者らも含め実験的な観察報告がなされているが、理論、量子化学計算での裏付けが未だ十分でなく報告を疑問視する主張もある。申請者は核の量子効果の一つである重水素の同位体効果を利用し、未置換体（軽水素）やより高い温度環境下での測定も重層的に組み合わせ、LBHBの本質を示すポテンシャルエネルギー曲線形状の対称性や低障壁の存在を可視化し、LBHBのエネルギー的側面を含めた構造詳細を明らかにする。