2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on chemical reaction dynamics in the color determination mechanism in bioluminescence
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15K05379
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
樋山 みやび 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (90399311)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ホタル生物発光 / オキシルシフェリン / 量子化学計算 / 分子動力学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホタルオキシルシフェリン（オキシルシフェリン）はホタル生物発光の発光体として知られている。ホタル生物発光は分子イメージングなどに用いられており、その重要性からオキシルシフェリンそのものの分光研究も盛んに行われている。オキシルシフェリンにはケト型とエノール型が存在することから、生物発光に互変異性が何らかの影響を与える可能性があると考えられている。しかし、オキシルシフェリンは不安定な化合物であるため、水溶液中における吸収・蛍光実験スペクトルの研究は限られていた。平成２７年度に実施したフランク・コンドン近似 (FCA)を用いた計算により、オキシルシフェリンの吸収・蛍光スペクトルにおける振電相互作用の解析が行われ、ケト型のみ何らかの特異な水和の影響があることがわかった。しかし、どのような水和の影響であるかについては不明であった。
水分子をあらわに含むケト型とエノール型のオキシルシフェリンの分子動力学計算を行い、得られる構造データを用いて吸収スペクトルを計算すれば、ケト型オキシルシフェリンに特異な溶媒効果が明らかになり、また同時にこれらの結果はホタル生物発光研究に重要な情報となると考え、平成28年度に水分子を含むオキシルシフェリンの第一原理分子動力学計算を実施した。本年度は、この分子動力学計算から得られた分子構造を利用して、吸収スペクトルの計算を行った。その結果、水分子をあらわに取り入れた構造を用いた吸収スペクトルでは、エノール型とエノレート型だけでなく、ケト型の吸収スペクトル幅も実験値とよく一致した。平成27年度に行った研究では、エノール型とエノレート型の吸収スペクトルの幅は実験値に近い値になるが、ケト型の場合は明らかに実験値よりも小さくなったことを考慮すると、水分子を露に取り入れた構造を用いることで、ケト型の水和構造が再現されたため、このような一致が得られたと考えられる。
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