2018 Fiscal Year Annual Research Report
Electronic coupling calculations for excitation energy transfer in biological systems
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16K05670
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| Research Institution | Hokuriku University |
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Principal Investigator |
藤本 和宏 北陸大学, 薬学部, 講師 (00511255)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子化学 / 生物物理 / 励起状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
励起状態にある分子から近傍に存在する別の分子へ励起エネルギーが移動する現象は励起エネルギー移動(EET)と呼ばれている。EETを研究する際に重要となるのが電子カップリングと呼ばれる「光励起・脱励起に関わる電子の相互作用」である。しかしながら、従来法の双極子・双極子近似では電子カップリングを計算できない場合が多く、EETの研究対象は電子カップリングの計算可能な系に限定されているのが現状である。この問題に対し、私は電子遷移密度を用いたTDFI法や遷移多極子を用いたTrESP-CDQ法を考案し、双極子・双極子近似の適用できなかった系に対しても高精度な電子カップリング計算を実現してきた。
計算法の適用範囲をさらに拡張させるため、昨年度までにTrESP-CDQ法とQM/MM法を組み合わせたプログラムを作成し、溶媒やタンパク質といった環境の効果を取り込んだ形で電子カップリング計算を行えるようにした。また、従来のTDFI法やTrESP-CDQ法では色素の電子状態を用いて電子カップリングを計算していたが、色素の振動状態も考慮することで振電カップリングを記述できるよう理論を拡張した。
本計算法を光合成アンテナ系へ適用するため、今年度は構造最適化の作業を行った。所有する計算機をフル稼働させて作業を行ったが、光合成タンパク質のサイズが非常に大きいことと複雑な膜環境下での作業であることから、今年度までに構造最適化の全工程を完了できなかった。そこで、最適化の途中の段階で得られた構造を用いて色素間の電子カップリング計算を行った。その結果、色素間の位置や配向と電子カップリングの大きさの間には定性的な相関があることが分かった。更なる解析を行うためには色素の最適化構造が必要となる。そのため、現在も継続して構造最適化作業を行っている。最適化構造が得られ次第、速やかに色素間の電子カップリング計算を行う予定である。
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