| 研究課題/領域番号 |
20K05436
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 東邦大学 |
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研究代表者 |
吉川 武司 東邦大学, 薬学部, 准教授 (10754799)
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| 研究分担者 |
西村 好史 早稲田大学, 理工学術院, 次席研究員(研究院講師) (10778103)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 密度汎関数強束縛法 / 光活性イエロータンパク質 / 円錐交差構造 / is-trans異性化 / cis-trans異性化 / プロトン移動 / 光受容タンパク質 / 光反応サイクル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、シグナル伝達系の代表的な光受容タンパク質である光活性イエロータンパク質（PYP）の光異性化過程に着目し、その光励起により誘起されるプロトン移動ダイナミクスの全容解明を目指す。令和2年度は、大規模励起状態ダイナミクスを可能とするための理論基盤構築とPYPの基底状態における構造の解析を行う。令和3年度はPYP光異性化反応における励起状態ダイナミクスの解析をする。令和4年度はPYP光反応サイクルの反応機構の解明を行う。
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| 研究成果の概要 |
光活性イエロータンパク質の光異性化過程の解明のために、分割統治密度汎関数強束縛分子動力学法を励起状態へと拡張し、大規模励起状態ダイナミクス法の基盤を確立した。さらに、活性中心であるp-クマル酸の反応サイクルにおける光異性化やプロトン移動に関する検証を行った。活性中心の周辺残基による効果がプロトン移動・光異性化の障壁に対して寄与を持つことが示唆された。また、円錐交差(CI)構造の電子状態を解析するために凍結起動近似を用いたエネルギー成分の分解を行い、CI構造へと推移するための支配因子の解明も行った。その支配因子を利用し、より容易なCI構造探索を可能とした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開拓された理論的手続きをさらに発展させることにより、他の生体分子例えば光化学系IIの光合成に応用することにより、励起・プロトン移動・電子移動・水分解が複雑に共役した光エネルギー変換機構の解明に繋がる可能性を秘めている。これにより、太陽光エネルギーを原動力とする自然界の2つのエネルギー変換機構を包括的に解明することが可能となり、再生エネルギーの観点から近年重要視されている太陽光バイオ電池の開発に資する。さらに、本研究によって築かれる理論的基盤は、生体分子系に限らず有機エレクトロルミネッセンス材料等への適用も期待される。
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