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2013 Fiscal Year Annual Research Report

タンパク内で起こる協同的プロトン・電子移動反応の量子論的解析

Research Project

Project/Area Number 22685003
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

重田 育照  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (80376483)

Project Period (FY) 2010-04-01 – 2014-03-31
Keywords量子動力学 / 電子移動 / 水素移動 / 集団運動 / PCET
Research Abstract

タンパク内では、合成反応・分解反応・酸化還元反応等々、様々な化学反応が起こり、その精緻な組み合わせにより生命の活動が維持されている。つまり、生命現象の本質はタンパク質が駆動する一連の化学反応であると言える。その反応機構の原子レベルでの解明には、タンパク質の立体構造、特に、化学反応の場(機能中心)を構成するアミノ酸残基や水分子、補因子の空間的配置の決定が不可欠であり、得られた立体構造情報の知見を、これまでの生化学的・分子生物学的方法による機能研究の知見と照らし合わせることにより、タンパク質のもつ立体構造と生物機能との相関の解明が、現代生命科学の最重要課題の一つとなっている。中でもプロトン結合電子移動(PCET)は、生体内のエネルギー変換機構として非常に重要な現象である。本研究課題の目的は、量子論に基づくタンパク内プロトン結合電子移動(PCET)反応機構の解析である。ターゲットは、生体内エネルギー変換を司る巨大膜タンパクであるチトクロム酸化酵素である。このタンパクには3つのプロトン輸送経路(D, H, K経路)があり、どの経路がプロトンポンプを担うのか?は実験的にもまだ論争中であり、定量的で信頼できる理論解析が望まれている。本研究課題で想定している問題は、近年我々が提唱している準量子キュミュラント動力学(QCD)理論に基づくPCET反応解析法の確立、プロトン・電子輸送を伴うチトクロム酸化酵素内での協同的PCET反応の全容解明である。
25年度はキュミュラント動力学を統計力学理論へと拡張し、化学反応経路を探索する方法などの開発を行った。その成果は、Molecular ScienceにReviewとして掲載されている。また、国内外において招待講演などを通して成果発表などを積極的に行った。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (15 results)

All 2014 2013

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] 第一原理Meta-Dynamics法, Blue Moon Ensemble法を用いた反応経路解析2014

    • Author(s)
      馬場剛史、安東寛之、重田 育照
    • Journal Title

      アンサンブル : 分子シミュレーション研究会会誌

      Volume: 16 Pages: 36-41

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical studies of electronic structures, magnetic properties and electron conductivities of one- dimensional Nin (n = 3, 5, 7) complexes2013

    • Author(s)
      Y. Kitagawa, T. Matsui, Y. Nakanishi, Y. Shigeta, T. Kawakami, M. Okumura, K. Yamaguchi
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 42 Pages: 16200-16208

    • DOI

      10.1039/c3dt51466h

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Binding of a Positron to Nucleic Base Molecules and Their Pairs2013

    • Author(s)
      K. Koyanagi, Y. Kita, Y. Shigeta, M. Tachikawa
    • Journal Title

      ChemPhysChem

      Volume: 14 Pages: 3458-3462

    • DOI

      10.1002/cphc.201300549

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Finite-field method with unbiased polarizable continuum model for evaluation of the second hyperpolarizability of an open-shell singlet molecule in solvents2013

    • Author(s)
      T. Inui, Y. Shigeta, K. Okuno, T. Baba, R. Kishi, M. Nakano
    • Journal Title

      Journal of Computational Chemistry

      Volume: 34 Pages: 2345-2352

    • DOI

      10.1002/jcc.23395

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-empirical tuning of CAM-B3LYP functional in time-dependent density functional theory for excitation energies of diarylethene derivatives2013

    • Author(s)
      K. Okuno, Y. Shigeta, R. Kishi, M. Nakano
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 585 Pages: 201-206

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2013.09.013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photochromic Switching of Diradical Character: Design of Efficient Nonlinear Optical Switches2013

    • Author(s)
      K. Okuno, Y. Shigeta, R. Kishi, M. Nakano
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 4 Pages: 2418-2422

    • DOI

      10.1021/jz401228c

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Density Functional Theory Based Protocol to Compute the Redox Potential of Transition Metal Complex with the Correction of Pseudo-Counterion: General Theory and Applications2013

    • Author(s)
      T. Matsui, Y. Kitagawa, Y. Shigeta, M. Okumura
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 9 Pages: 2974-2980

    • DOI

      10.1021/ct4002653

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Qantal cumulant mechanics and dynamics for multidimensional quantum many-body clusters2013

    • Author(s)
      Y. Shigeta, T. Inui, T. Baba, K. Okuno, H. Kuwabara, R. Kishi, M. Nakano
    • Journal Title

      International Journal of Quantum Chemistry

      Volume: 113 Pages: 252-256

    • DOI

      10.1002/qua.24023

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Consistent scheme for computing standard hydrogen electrode and redox potentials2013

    • Author(s)
      T. Matsui, Y. Kitagawa, M. Okumura, Y. Shigeta, S. Sakaki
    • Journal Title

      Journal of Computational Chemistry

      Volume: 34 Pages: 21-26

    • DOI

      10.1002/jcc.23100

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cumulant mechanics : An explicit treatment for fluctuation on dynamics2013

    • Author(s)
      Y. Shigeta
    • Journal Title

      Molecular Science

      Volume: 7 Pages: A0057

    • DOI

      10.3175/molsci.7.A0057

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Theoretical Studies on Reaction Mechanism of An Enzyme Cleaving Unnatural Amide Compound2014

    • Author(s)
      Yasuteru Shigeta
    • Organizer
      Symposium on Molecular Science and Synthesis of Functional Molecules for Next Generation
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      20140310-20140311
    • Invited
  • [Presentation] Quantum chemical studies for estimation of pKa and redox potential2013

    • Author(s)
      Yasuteru Shigeta
    • Organizer
      2nd World Congress on Petrochemistry and Chemical Engineering
    • Place of Presentation
      San Antonio, USA
    • Year and Date
      20131117-20131119
    • Invited
  • [Presentation] 構造ゆらぎと化学反応に関する理論的研究2013

    • Organizer
      分子科学会奨励賞受賞講演
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130924-27
  • [Presentation] Free Energy Analyses on Cluster Deformations by Cumulant Mechanics2013

    • Organizer
      8th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics
    • Place of Presentation
      Budapest, Hungary
    • Year and Date
      20130825-31
  • [Presentation] 量子化学計算によるタンパク質の物性および機能評価2013

    • Author(s)
      重田育照
    • Organizer
      第13回蛋白質科学会、ワークショップ “蛋白質機能を化学的に理解するために”
    • Place of Presentation
      鳥取
    • Year and Date
      20130612-20130614
    • Invited

URL: 

Published: 2015-05-28  

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