• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2011 Fiscal Year Annual Research Report

量子化学計算による人工変異酵素の設計と反応制御

Research Project

Project/Area Number 22245028
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

吉澤 一成  九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (30273486)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 塩田 淑仁  九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (70335991)
蒲池 高志  九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (40403951)
Keywords量子化学 / 生体関連化学 / 酵素化学 / 生物無機化学 / 触媒化学
Research Abstract

本年度は、酵素触媒反応に関する理論的研究および分子内と分子間の電子移動に関する理論的研究を行った。とくに、ジオールデヒドラターゼによるグリセロール脱水反応における不活性化メカニズムに関する研究を全原子モデルを用いてQM/剛計算により行った。量子化学計算を行うQM領域の原子は反応に重要な10個のアミノ酸残基、金属イオン(Ca2+)、グリセロール、アデノシルラジカルのリボース部位の全109原子とした。QM領域ではTURBOMOLEプログラムを用いてB3LYP法で計算を行い、基底関数はSV(P)を適用した。それ以外の領域を古典力学に基づく計算を行うMm領域として力場にCHARMmを適用し、計算をDL_POLYプログラムで行った。水素引き抜き、水酸基転移、および水素再結合過程を解析し、反応に伴うエネルギー変化を評価した。その結果、水酸基転移の活性化エネルギーがふたつの基質結合構造の間で大きく異なった。また、水酸基転移反応と競争的に進行する不活性化反応を提案した。さらに、Karunadasaらによるモリブデン-オキソ錯体を用いた水からの水素ガスを発生の反応機構の詳細を密度汎関数計算から明らかにした。この反応経路には、二重項と四重項のふたつのスピン状態が関与している。それに伴い、自由エネルギー面は複雑に交差している、遷移金属の関与する反応では、このように二つ以上のスピン状態が複雑に関係するスピンクロスオーバー反応はとくに珍しい現象ではない。反応過程のスピンクロスオーバーにより、反応障壁が実質的に下がることもある。これらの反応機構解析は、水分解を行う人工錯体の開発およびヒドロゲナーゼ酵素で起こる化学過程の理解の助けとなると予想される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究計画通以上に研究が進展し、学会や論文誌に成果を発表した。

Strategy for Future Research Activity

特に問題点が発生していないため、研究計画にのっとり研究を遂行する。

  • Research Products

    (26 results)

All 2012 2011

All Journal Article (20 results) (of which Peer Reviewed: 20 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Electrochemical and Photochemical Cyclization and Cycloreversion of Diarylethenes and Diarylethene-Capped Sexithiophene Wires2011

    • Author(s)
      A. Staykov, J. Areephong, W. Browne, B. Feringa, and K. Yoshizawa
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 5 Pages: 1165-1178

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phosphine Sulfides as an Anchor Unit for Single Molecule Junction2011

    • Author(s)
      A.Fukazawa, et al
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 40 Pages: 174-176

    • DOI

      10.1246/cl.2011.174

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molybdenum-Catalyzed Transformation of Molecular Dinitrogen into Silylamine : Experimental and DFT Study on Remarkable Role of Ferrocenyldiphosphine Ligands2011

    • Author(s)
      H.Tanaka, et al
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 133 Pages: 3498-3506

    • DOI

      10.1021/ja109181n

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Conductance through Short DNA Molecules2011

    • Author(s)
      A.Staykov, et al
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 115 Pages: 3481-3490

    • DOI

      10.1021/jp110803a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic Roles of the Metal Ion in the Sub strate-Binding Site of Coenzyme B_<12>-Dependent Diol Dehydratase2011

    • Author(s)
      T.Kamachi, et al
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 50 Pages: 2944-2952

    • DOI

      10.1021/ic102352b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Generation of Adenosyl Radical from S-Adenosylmethionine (SAM) in Biotin Synthase2011

    • Author(s)
      T.Kamachi, et al
    • Journal Title

      Journal of Inorganic Biochemistry

      Volume: 105 Pages: 850-857

    • DOI

      10.1016/j.jinorgbio.2011.03.013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Orbital Views of Molecular Conductance Perturbed by Anchor Units2011

    • Author(s)
      Y.Tsuji, et al
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 133 Pages: 5955-5960

    • DOI

      10.1021/ja111021e

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanistic Insights of Photochromic Behaviors with a Ruth enium(II)-Pterin Complex2011

    • Author(s)
      T.Ishizuka, et al
    • Journal Title

      Chemistry-A European Journal

      Volume: 17 Pages: 6652-6662

    • DOI

      10.1002/chem.201003522

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical Study of the Decomposition and Hydrogenation of H_2O_2 on Pd and Pd/Au Surfaces : Understanding toward High Selectivity of H_2O_2 Synthesis2011

    • Author(s)
      J.Li, et al
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 115 Pages: 7392-7398

    • DOI

      10.1021/jp1070456

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanistic Study on the Production of Hydrogen Peroxide in the Anthraquinone Process2011

    • Author(s)
      T.Nishimi, et al
    • Journal Title

      European Journal of Organic Chemistry

      Volume: 22 Pages: 4113-4120

    • DOI

      10.1002/ejoc.201100300

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical Study on Active Species in the Formation of Sila cyclopropene from Acylsilane and Acetylene : Silene or Silylene?2011

    • Author(s)
      H.Tanaka, et al
    • Journal Title

      Organometallics

      Volume: 30 Pages: 3160-3167

    • DOI

      10.1021/om2002393

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular Understanding of the Adhesive Force between Metal Oxide Surface and Epoxy Resin2011

    • Author(s)
      T.Semoto, et al
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 115 Pages: 11701-11708

    • DOI

      10.1021/jp202785b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical Study of Oxidation of Cyclohexane Diol to Adipic Anhydride by Ru^<IV>O tpa complex (tpa=Tris(2-pyridylmethyl)amine)2011

    • Author(s)
      Y.Shiota, et al
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 50 Pages: 6200-6209

    • DOI

      10.1021/ic2004S1n

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dependence of Single-Molecule Conductance on Molecule-Junction Symmetry2011

    • Author(s)
      M.Taniguchi, et al
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 133 Pages: 11426-11429

    • DOI

      10.1021/ja2033926

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Orbital Views of the Electron Transport through Heterocyclic Aromatic Hydrocarbons2011

    • Author(s)
      X.Li, et al
    • Journal Title

      Theoretical Chemistry Accounts

      Volume: 50 Pages: 6200-6209

    • DOI

      10.1007/s00214-011-0968-y

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Silicon-carbon unsaturated compounds.77.Thermal behavior of cis- and trans-1-silacyclobut-3-ene formed from Pivaloyl[tert-butylbis(trimethylsilyl)]silane and tert-butylacetylene2011

    • Author(s)
      A.Naka, et al
    • Journal Title

      Journal of Organometallic Chemistry

      Volume: 696 Pages: 3693-3696

    • DOI

      10.1016/j.jorganchem.2011.08.018

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Catalytic Hydrogenation of Carbon Dioxide with a Highly Active Hydride on Ir(III)-Pincer Complex : Mechanism for CO_2 Insertion and Nature of Metal-Hydride Bond2011

    • Author(s)
      J.Li, et al
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 84 Pages: 1039-1048

    • DOI

      10.1246/bcsj.20110128

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Computational Evidences for Hydrogen Generation via Reductive Cleavage of Water and α-H Abstraction on a Molybdenum Complex2011

    • Author(s)
      J.Li, et al
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 50 Pages: 11972-11975

    • DOI

      10.1002/ange.201102917

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proton-Coupled Electron Shuttling in a Covalently Linked Ruthenium-Copper Heterodinuclear Complex2011

    • Author(s)
      T.Ishizuka, et al
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 133 Pages: 18570-18573

    • DOI

      10.1021/ja208141b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical Revisit of the Direct Synthesis of H_2O_2 on Pd and Au@Pd Surfaces : A Comprehensive Mechanistic Study2011

    • Author(s)
      J.Li, et al
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 115 Pages: 7392-7398

    • DOI

      10.1021/jp208118e

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 量子化学計算による酵素の反応解析2012

    • Author(s)
      吉澤一成
    • Organizer
      日本薬学会第132年会
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌)
    • Year and Date
      2012-03-30
  • [Presentation] 大規模量子化学計算による金属酵素の構造と反応に関する研究2012

    • Author(s)
      吉澤一成
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会(2012)
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学(横浜)
    • Year and Date
      2012-03-27
  • [Presentation] Computational Mutation on the Structure and Reactivity of Enzymes2011

    • Author(s)
      吉澤一成
    • Organizer
      ISHHC XV Berlin 2011
    • Place of Presentation
      ドイツ、ベルリン(招待講演)
    • Year and Date
      20110900
  • [Presentation] Computational Mutation of Catalytic and Enzymatic Reactions2011

    • Author(s)
      吉澤一成
    • Organizer
      ATOMS 2011
    • Place of Presentation
      インド、ハイデラバード
    • Year and Date
      2011-11-03
  • [Presentation] 計算ミューテーションによるB12依存ジオールデヒドラターゼの理論的研究2011

    • Author(s)
      吉澤一成
    • Organizer
      第38回生体分子科学討論会
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2011-06-24
  • [Presentation] 分子伝導の軌道理論2011

    • Author(s)
      吉澤一成
    • Organizer
      第14回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2011-05-14

URL: 

Published: 2013-06-26  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi