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蛋白質中電子移動の理論と計算

研究課題

研究課題/領域番号 17570137
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理学
研究機関名城大学

研究代表者

垣谷 俊昭  名城大学, 理工学部, 教授 (90027350)

研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,710千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 210千円)
2007年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2006年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2005年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワードタンパク質 / 電子移動 / トンネル効果 / トンネルカレント / 量子干渉効果 / 生物物理 / 生体エネルギー変換 / 光合成 / トンネル経路 / 蛋白質中電子移動 / 非弾性トンネル / 熱揺らぎ / 時間相関関数 / 生体電子移動 / superexchange / 低温電子移動 / エネルギーギャップ則 / 蛋白質 / 熱ゆらぎ / 逆転領域 / inelastic electron tunneling / 光合成反応中心 / 電子トンネル
研究概要

光合成細菌Rhodobacter sphaeroidesの反応中心における電子移動(バクテリオクロロフィルから第1キノンへの電子移動)を例にして、タンパク質中電子移動(ET)の機構を計算科学的に(分子動力学シミュレーションと量子化学計算を組み合わせた方法で)解析した。タンパク質構造が熱揺らぎすることによって、電子トンネル因子TDAが数桁も変化するゆらぎを見出した。そのゆらぎの原因はドナーとアクセプター間の距離の変化によるよりも、各アミノ酸構造とそれらの配置の変化の影響が非常に大きいことを明らかにした。このようなTDAの大きな揺らぎが存在することは電子トンネル経路も大きく揺らいでいることを想像させる。原子間トンネルカレントをたんぱく質構造上にプロットする方法でトンネル経路の揺らぎを調べた結果、主として2つのトンネルルートを交互に利用していることが明らかになった。また、各トンネルルートを通過する際に、トンネルカレントの大きさが激しく変化していることを見出した。さらに2つのトンネルルートを同時に通過する場合もあり、トンネルカレント間には破壊的量子干渉効果が大きく働いていることを示した。このようにめまぐるしく変化するトンネルカレントに対して適当な平均化を行って安定な平均トンネル経路を作成することが望まれる。われわれはET速度の電子因子がTDAの2乗であることに注目し、TDAの2乗をトンネルカレントで展開し、カレン間の量子干渉効果を繰り込んだ原子間トンネルカレントの2乗の和で表現することに成功した。この理論を上記ETに適用すると、平均化したET経路はドナーからアクセプター間を一筆書きで結んだような経路2本で簡単に表現されることが分かった。これによりこれまで直観的に提案されていたpathways modelに物理的根拠を与えることができた。

報告書

(4件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2008 2007 2006 2005 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (5件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Average Electron Tunneling Route of the Electron Transfer in Protein Media2008

    • 著者名/発表者名
      H.Nishioka and T.Kakitani
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B (In press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Average Electron Tunneling Route of the Electron Transfer in Protein Media2008

    • 著者名/発表者名
      H. Nishioka, T. Kakitani
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Advanced theory of excitation energy transfer in dimers2007

    • 著者名/発表者名
      A. Kimura and T. Kakitani
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A 111

      ページ: 12042-12048

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral tuning pf photoactive yellow protein2007

    • 著者名/発表者名
      T. Yamato, T. Ishikura, T. Kakitani, K. Kawaguchi and H. Watanabe
    • 雑誌名

      Photochemistry and Photobiology 83

      ページ: 323-327

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature dependence of the inelastic electron tunneling2006

    • 著者名/発表者名
      H.Nishioka
    • 雑誌名

      Molecular Simulation Vol.32,NO.9

      ページ: 727-734

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Interference,Fluctuation,and Alternation of Electron Tunneling in Protein Media.1.Two Tunneling Routes in Photosynthetic Reaction Center Alternate due o Thermal Fluctuation of Protein Conformation2005

    • 著者名/発表者名
      H.Nishioka, A.Kimura, T.Yamato, T.Kawatsu, and T.Kakitani
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 109

      ページ: 1978-1987

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interference,Fluctuation,and Alternation of Electron Tunneling in Protein Media.2.Non-Condon Theory for the Energy Gap Dependence of Electron Transfer Rate2005

    • 著者名/発表者名
      H.Nishioka, A.Kimura, T.Yamato, T.Kawatsu, and T.Kakitani
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 109

      ページ: 15621-15635

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interference, Fluctuation, and Alternation of Electron Tunneling in Protein Media. 1. Two Tunneling Routes in Photosynthetic Reaction Center Alternate due o Thermal Fluctuation of Protein Conformation2005

    • 著者名/発表者名
      H. Nishioka, A. Kimura, T. Yamato, T. Kawatsu, T. Kakitani
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B 109

      ページ: 1978-1987

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Interference, Fluctuation, and Alternation of Electron Tunneling in Protein Media. 2. Non-Condon Theory for the Energy Gap Dependence of Electron Transfer Rate2005

    • 著者名/発表者名
      H. Nishioka, A. Kimura, T. Yamato, T. Kawatsu, T. Kakitani
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B 109

      ページ: 15621-15635

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Interference, fluctuation, and alternation of electron tunneling in protein media. 1. Two tunneling routes in photosynthetic reaction center alternate due to thermal fluctuation of protein conformation2005

    • 著者名/発表者名
      H.Nishioka, et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 109(5)

      ページ: 1978-1987

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Interference, Fluctuation, and alternation of electron tunneling in protein media. 2. Non-Condon theory for the energy gap dependence of electron transfer rate2005

    • 著者名/発表者名
      H.Nishioka, et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 109(32)

      ページ: 15621-15635

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 蛋白質中電子トンネル移動経路のダイナミカルモデル2005

    • 著者名/発表者名
      垣谷俊昭 他2名
    • 雑誌名

      名城大学理工学部研究報告 45

      ページ: 29-32

    • NAID

      40006976874

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質中電子移動経路の新しいモデル2007

    • 著者名/発表者名
      西岡 宏任, 垣谷 俊昭
    • 学会等名
      日本生物物理学会第45回年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2007-12-22
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Material Science of Long-range Electron Transfer in Protein Environment2007

    • 著者名/発表者名
      H. Nishioka, T. Kakitani
    • 学会等名
      International Symposium on Structure and Electronic Properties of Molecular Assemblies : Towerd Bio-Materials Science
    • 発表場所
      RIKEN
    • 年月日
      2007-04-06
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Predictionof Inelastic ElectronTunneling in ProteinMedia2006

    • 著者名/発表者名
      H. Nishioka, T. Kakitani
    • 学会等名
      CREST workshop onPhysics of single molecules, atomic wires and DNA
    • 発表場所
      Shonan
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Origin of the Rapid Fluctuation of the Electron Tunneling Matrix Element for the Long-Range Electron Transfer in Protein Environment.2006

    • 著者名/発表者名
      H. Nishioka, T. Kakitani
    • 学会等名
      Joint-Fourth Annual Meeting between Fifth East Asian Biophysics Symposium and Forty-Fourth Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      Okinawa Convention Center
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Non-Condon Theory for the Energy Gap Dependence of Electron Transfer Rate2005

    • 著者名/発表者名
      H. Nishioka, A. Kimura, T. Yamato, T. Kakitani
    • 学会等名
      International Symposium on Frontiers of Computational Science
    • 発表場所
      Nagoya
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [図書] 生物物理学ハンドブック2007

    • 著者名/発表者名
      垣谷 俊昭
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      朝倉書店
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [備考]

    • URL

      http://wwwgk.meijo-u.ac.jp/kakitani/

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

URL: 

公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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