Development of Intramolecular Polarization Determination Method Using Electron Scattering and Quantum Chemical Calculations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19296
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: Yasunaga Takuo 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (60251394)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 電子顕微鏡 / 電子線回折 / 量子化学計算 / 静電ポテンシャル / 構造生物学 / 生物物理学

Outline of Final Research Achievements

A novel method to determine small molecules, such as acetaminophen, has been developed for structure refinement by a combination of electron diffraction and quantum chemical calculations of electron density and electrostatic potential. The results showed that the R-factors as an evaluation function were reduced by using the electrostatic potential instead of the conventional electron density, with indicating that it is appropriate to use the electrostatic potential for structural refinement analysis. In addition, the precise position of the hydrogen atoms could be refined by using the electrostatic potential and the R factors. The arrangement differed from that using the electron density. Their comparisons suggested that the hydrogen atoms determined using the electrostatic potential were more likely to be in the appropriate position from the stero-chemical views and electrostatic potentials of neighbor atoms.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

創薬などの立場から分子の構造設計を行う場合には、精密な分子構造決定が必要である。また、分子設計やリガンドとしての対応タンパク質などへの結合状態を明らかにするためにも、分子のもつ電子分布を求めることが求められる。しかし、原子毎の荷電情報を考慮した解析はあったが、量子化学と組み合わせ静電ポテンシャルで評価したものはない。今回、静電ポテンシャルを用い構造野精密化の可能性を示唆するデータを得たことから、計算コストを投じて、精密構造解析を行う学術的意義が示された。また、創薬を含め、生物学的な課題を解決するための技術として、電子線回折を通した静電ポテンシャル及び電子配置の精密化が重要であることを示した。