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機能性色素レチナールの量子過程制御による新規視物質の設計

Publicly Offered Research

Project AreaEmergence of highly elaborated pai-space and its function
Project/Area Number 23108709
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

藤本 和宏  神戸大学, その他の研究科, 講師 (00511255)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2013-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2012: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2011: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords量子化学 / 生物物理 / 励起状態 / 生物・生体工学
Outline of Annual Research Achievements

①視覚を司るロドプシンとプロトンポンプ機能を有するバクテリオロドプシンはどちらもレチナールタンパク質によって構成されているが、それぞれの吸収波長は異なることが知られている。これらの吸収波長調節機構の起源に関する研究を行なった。以前の研究の中で、両者のタンパク質環境が形成する(古典力学的)静電ポテンシャルの違いが重要であることを明らかにしてきたが、本研究ではレチナール色素近傍のタンパク質環境を量子力学的に記述することにより、両者の量子効果の違いについて調べた。ここでは、励起状態の波動関数を局所励起と電荷移動、その他の三つに分類して解析した。その結果、ロドプシンではレチナールの局所励起のみが励起エネルギーの大きさに強く影響を与えていたのに対し、バクテリオロドプシンではレチナールの局所励起に加えてチロシンに関する電荷移動も励起エネルギーに大きく影響を与えることが分かった。これらの結果から、両者のタンパク質環境における量子効果の違いを明らかにすることに成功した。
②励起エネルギー移動(EET)は植物の光合成に代表されるように生体内反応において広く用いられている現象である。フェルスター理論が発表されて以降、数多くの理論的研究が行われてきたが、電子的カップリング(光励起・脱励起に関わる電子の相互作用)の計算が可能な系しか研究対象とされてこなかった。以前の研究において遷移電子密度を用いた計算手法を考案してきたが、本研究では更にトランスファー積分と組み合わせた方法(TDFI-TI法)を考案することで従来の手法では計算できなかった系への適用を可能とした。また、本手法を用いて電子的カップリングに対する寄与を分割解析することに成功した。EETのより深い理解のため、今後はTDFI-TI法を様々な系へ適用する予定である。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Transition-density-fragment interaction combined with transfer integral approach for excitation-energy transfer via charge-transfer states2012

    • Author(s)
      Kazuhiro J. Fujimoto
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 137 Issue: 3 Pages: 034101-034101

    • DOI

      10.1063/1.4733669

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Configuration Interaction Picture for a Molecular Environment Using Localized Molecular Orbitals: The Excited States of Retinal Proteins2012

    • Author(s)
      J. Hasegawa, K. J. Fujimoto, and T. Kawatsu
    • Journal Title

      J. Chem. Theo. Comp.

      Volume: 8 Issue: 11 Pages: 4452-4461

    • DOI

      10.1021/ct300510b

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum Chemical Approaches to Photobiology: Mechanisms of Color Tuning and Excitation-Energy Transfer in Retinal Proteins2011

    • Author(s)
      藤本和宏
    • Journal Title

      Seibutsu Butsuri

      Volume: 51 Issue: 3 Pages: 140-143

    • DOI

      10.2142/biophys.51.140

    • NAID

      10029140022

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Color tuning in photo-functional proteins2011

    • Author(s)
      J. Hasegawa K. J. Fujimoto, and H. Nakatsuji
    • Journal Title

      Nakatsuji Chem Phys Chem

      Volume: 12(17) Issue: 17 Pages: 3106-3115

    • DOI

      10.1002/cphc.201100452

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Quantum chemical approach to photobiology: Mechanism of color tuning and excitation-energy transfer in retinal proteins2013

    • Author(s)
      Kazuhiro J. Fujimoto
    • Organizer
      4-th France-Japan Joint Seminar
    • Place of Presentation
      Spring-8
    • Year and Date
      2013-01-07
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 電荷移動状態を経由した励起エネルギー移動に対する計算手法の開発2012

    • Author(s)
      藤本和宏
    • Organizer
      第6回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2012-09-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] ヒト錐体視物質のカラーチューニング機構:タンパク質環境の役割2012

    • Author(s)
      藤本和宏
    • Organizer
      高次π空間の創発と機能開発第7回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      メルパルク松山(愛媛県)
    • Year and Date
      2012-03-13
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical study of the opsin shift of deprotonated retinal schiff base in the M state of bacteriorhodopsin2011

    • Author(s)
      Kazuhiro J.Fujimoto
    • Organizer
      高次π空間の創発と機能開発第3回国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県)
    • Year and Date
      2011-11-18
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子化学計算による光生物学へのアプローチ2011

    • Author(s)
      藤本和宏
    • Organizer
      分子高次系機能解明のための分子科学第12回ミニ公開シンポジウム「光受容タンパク質」
    • Place of Presentation
      三谷温泉松風園(愛知県)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-10-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 機能性色素レチナールの量子過程制御による新規視物質の設計2011

    • Author(s)
      藤本和宏
    • Organizer
      高次π空間の創発と機能開発第6回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
    • Year and Date
      2011-07-14
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Book] Quantum Systems in Chemistry and Physics: Progress in Methods and Applications (Progress in Theoretical Chemistry and Physics)2013

    • Author(s)
      Jun-ya Hasegawa, Kazuhiro J. Fujimoto, and Hiroshi Nakatsuji
    • Total Pages
      14
    • Publisher
      Springer-Verlag
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Book] 「高次π空間の創発と機能開発」赤坂 健、大須賀篤弘、福住俊一、神取秀樹編2013

    • Author(s)
      藤本和宏
    • Total Pages
      8
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2011-04-06   Modified: 2018-03-28  

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