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DNA2重螺旋におけるCircular Dichroismの理論分光

研究課題

研究課題/領域番号 19029023
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

長谷川 淳也  京都大学, 工学研究科, 助教 (30322168)

研究期間 (年度) 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
2007年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
キーワードQM / MM法 / SAC-CI法 / 生体分子 / 光化学 / レチナールたんぱく質 / 蛍ルシフェラーゼ
研究概要

量子・古典論を組み合わせた計算手法を開発し、同方法を光機能性蛋白質の励起状態に応用した。レチナール蛋白質はヒトの視覚やバクテリアのプロトンポンプ等で重要な機能を果たすが、蛋白質の環境に応じて、大きく光吸収エネルギーを変化させることが知られている。今回、我々の方法によりレチナール蛋白質の光吸収エネルギーを定量的かつ系統的に計算することに初めて成功した。これにより、レチナール蛋白質の光吸収特性に関する定量的な解析を行うことができた。種々のレチナール蛋白質における励起エネルギーを色素の構造ひずみ、蛋白質の静電的環境、カウンターイオンとの量子的相互作用の3点に分割して解析を行った。その結果、蛋白質との静電的な相互作用がスペクトル・チューニングに最も重要な役割を果たすことが明らかになった。レチナール蛋白質の励起状態は分子内電荷移動性が強いため、蛋白質による静電的な環境を敏感に反映する。レチナール結合サイトの静電環境は蛋白質により異なるため、多様な光吸収エネルギー示す原因になっている。
蛍の蛍光色は発色団であるオキシルシフェリンによる。オキシルシフェリンの発光色は化学発光に関する実験結果を基に、ケト・エノール互変異性により説明されてきた。しかし、近年、エノール型への変換が抑制されたケト型オキシルシフェリンの生物発光において、通常の黄緑色発光が観測されて、従来説が疑問視されてきた。我々の方法を蛍の発光に応用し、北アメリカ蛍のケト型ルシフェリンが、化学発光では赤色、生物発光では黄緑色発光することを理論計算により示した。基底・励起状態の電荷分布と蛋白質の静電ポテンシャルの相互作用が発光色の変化に重要な寄与をしていることが明らかになった。更にこの結果を基に、ルシフェリンの分子設計を行った。アミノ酸残基を置換することにより活性中心の静電場を制御し、赤オレンジ色の発色を示すと期待されるミューテーション実験を提案した。

報告書

(1件)
  • 2007 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Exploring Photo-Biology and Bio-Spectroscopy with the SAC-CI (Symmetry-Adapted Cluster-Configuration Interaction) Method2008

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa and H. Nakatsuji
    • 雑誌名

      Radiation Induced Molecular Phenomena in Nucleic Acid: A Comprehensive Theoretical and Experimental Analysis (印刷中)

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Review of the SAC-CI Applications to the Excited States of Porphyrin Compounds: How Q-band absorptions are controlled?2008

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa and H. Nakatsuji
    • 雑誌名

      Computing Lett. (印刷中)

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Red Light in Chemiluminescence and Yellow-green Light in Bioluminescence: Color-tuning Mechanism of Firefly, Photinus pyralis, studied by the SAC-CI2007

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nakatani, Jun-ya Hasegawa, Hiroshi Nakatsuji
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc. 129

      ページ: 8756-8765

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excited States of GFP Chromophore and Active Site Studied by the SAC-CI method: Effect of Protein-environment and Mutations2007

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa, K. Fujimoto, B. Swerts, T. Miyahara, and H. Nakatsuji
    • 雑誌名

      J. Comp. Chem 28

      ページ: 2443-2452

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SAC-CI Theoretical Study on the Excited States of Lumiflavin: Structure, Excitation Spectrum, and Solvation Effect2007

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa, S. Bureekaew, and H. Nakatsuji
    • 雑誌名

      J. Photochem. Photobiology A: Chemistry 189

      ページ: 205-210

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Studies on the Color-Tuning Mechanism in Retinal Proteins2007

    • 著者名/発表者名
      K. Fujimoto, S. Hayashi, J. Hasegawa, and H. Nakatsuji
    • 雑誌名

      J. Chem. Theory Comput 3

      ページ: 605-618

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excited and ionized states of ozone studied by the MEG (multi-exponentially generated)/EX(excited)-MEG method2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Ohtsuka, J. Hasegawa, and H. Nakatsuji
    • 雑誌名

      Chem. Phys. 332

      ページ: 262-270

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] SAC-CI study on the primary events in photobiological processes(招待講演)2008

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa
    • 学会等名
      第88回日本化学会春季年会アジア国際シンポジウム
    • 発表場所
      立教大学東京
    • 年月日
      2008-03-28
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 紅色光合成細菌の反応中心の励起状態と電子移動:電子理論による研究(依頼講演)2008

    • 著者名/発表者名
      長谷川淳也
    • 学会等名
      分子研研究会「分子の視点から見る光合成」
    • 発表場所
      分子科学研究所
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Quantum Chemical Approach to Photobiology: Excited States of Photosynthetic Reaction Centers, Fluorescent Proteins, and Human Visual Cone Pigments(招持講演)2007

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa
    • 学会等名
      Photosynthesis and Enzyme Reactions
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2007-11-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 光合成細菌の反応中心における励起状態と電子移動:量子化学の視点から(招待講演)2007

    • 著者名/発表者名
      長谷川淳也
    • 学会等名
      有機固体冬の学校
    • 発表場所
      箱根
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Color-tuning mechanism of human visual cone pigments(招待講演)2007

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa
    • 学会等名
      The 2-nd Japan-Czeck-Slovakia Joint Symposium for Theoretical/Computational Chemistry
    • 発表場所
      京都大学
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] SAC-CI study of the Color-tuning Mechanism in Photobiology(招待講演)2007

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa
    • 学会等名
      The Third Asian-Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry (APCTCC)
    • 発表場所
      Beijing
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Color-tuning in Photobiology: A SAC-CI study(招待講演)2007

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa
    • 学会等名
      International Symposium on Molecular Theory for Real Systems, Kyoto
    • 発表場所
      京都大学
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Exploring Photobiology with the SAC-CI method(招待講演)2007

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa
    • 学会等名
      Molecular Response to Electronic Excitation
    • 発表場所
      ドイツ
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2007-04-01   更新日: 2018-03-28  

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