低エネルギー電子による生体損傷機構の分子論的理解の深化

• 研究課題/領域番号: 24550008
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 高柳 敏幸 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (90354894)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2012年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 放射線損傷 / 電子衝突 / 解離性電子付着 / 分子アニオン / 水和電子 / 反応動力学 / 量子化学計算 / ポテンシャルエネルギー曲面 / 量子動力学 / 電子状態理論 / 共鳴アニオン / 溶媒和電子

研究成果の概要

放射線照射によって生成する低いエネルギーを有する２次電子が生体損傷を引き起こすことが指摘されているが、その動力学機構はほとんどわかっていない。本研究課題では、低エネルギー電子による生体分子損傷の反応動力学について、理論的な立場から研究を行った。塩基ペア等への余剰電子の束縛機構を量子化学計算によって明らかにし、さらに分子系の全自由度を量子力学的に取扱う動力学シミュレーションも行った。これにより、損傷ダイナミクスを実時間で追跡できるようになった

研究成果

• [雑誌論文] Quantum reactive scattering study of the S(3P) + NH(X3Σ) → NS(X2Π) + H(2S) / SH(X2Π) + N(4S) reaction on the lowest three (1A', 1A", and 3A") potential energy surfaces: contribution of HNS/HSN isomerization and spin-forbidden process (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Sato, Toshiyuki Takayanagi,
  • 雑誌名: Chemical Physics 巻: 450-451 ページ: 74-82
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2015.02.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiclassical dynamics of electron attachment to guanine-cytosinebase pair (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Honda, Yusuke Minoshima, Yuki Yokoi,Toshiyuki Takayanagi, Motoyuki Shiga
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 625 ページ: 174-178
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2015.03.006
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct dynamics study of the N(4S) + CH3(2A00 2) reaction (2015)
  • 著者名/発表者名: Sachie Chiba, Tomohiro Honda, Manami Kondo, Toshiyuki Takayanagi
  • 雑誌名: Computational and Theoretical Chemistry 巻: 1061 ページ: 46-51
  • DOI: 10.1016/j.comptc.2015.03.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fundamental Change in the Nature of Chemical Bonding by Isotopic Substitution (2014)
  • 著者名/発表者名: Donad G. Fleming, Joern Manz, Kazuma Sato, Toshiyuki Takayanagi
  • 雑誌名: Angewandte Chemistry International Edition 巻: 53 号: 50 ページ: 13706-13709
  • DOI: 10.1002/anie.201408211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mode Selective Dynamics and Kinetics of the H2 + F2 → H + HF + F Reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Matsugi, Toshiyuki Takayanagi
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 16 号: 41 ページ: 22517-22526
  • DOI: 10.1039/c4cp03362k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of long-range corrected density-functional theory to excess electron attachment to biomolecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Yokoi, Kento Kano, Yusuke Minoshima, Toshiyuki Takayanagi
  • 雑誌名: Computational and Theoretical Chemistry 巻: 1046 ページ: 99-106
  • DOI: 10.1016/j.comptc.2014.08.006
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantum localization/delocalization of muonium in the glycine-K+ complex (2014)
  • 著者名/発表者名: Takehiro Yoshikawa, Tomohiro Honda, Toshiyuki Takayanagi
  • 雑誌名: Chemical Physics 巻: 440 ページ: 135-141
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2014.06.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of global ab initio potential energy surfaces for the HNS system and quantum dynamics calculations for the S(3P) + NH(X3R)? NS(X2P) + H(2S) and N(4S) + SH(X2P) -> NS(X2P) + H(2S) reactions (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Sato, Toshiyuki Takayanagi
  • 雑誌名: Chemical Physics 巻: 439 ページ: 63-70
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2014.05.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study of N(4S, 2D) + CH3(2A2") reaction mechanisms revisited: the importance of spin-forbidden and roaming dynamics processes (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Chiba, F.Yoshida, T. Takayanagi
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 595-596 ページ: 103-108
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2014.01.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonadiabatic Relaxation Dynamics of Water Anion (2014)
  • 著者名/発表者名: Takehiro Yoshikawa, Toshiyuki Takayanagi
  • 雑誌名: International Journal of Quantum Chemistry 巻: 114 号: 10 ページ: 636-641
  • DOI: 10.1002/qua.24642
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preferential Behavior on Donating Atoms of an Ambidentate Ligand 2-Methylisothiazol-3(2H)-one in Its Metal Complexes (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kato, K. Unoura, T. Takayanagi, Y. Ikeda, T, Fujihara, and A.Nagasawa
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 52 号: 23 ページ: 13375-13383
  • DOI: 10.1021/ic401673z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Study of Excess Electron Attachment Dynamics to the Guanine-Cytosine Base Pair: Electronic Structure Calculations and Ring-Polymer Molecular Dynamics Simulations (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugioka, T. Yoshikawa, T. Takayanagi
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 巻: 117 号: 45 ページ: 11403-11410
  • DOI: 10.1021/jp4067058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab initio prediction of vibrational states of the HeCuF helium-containing complex (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka, et. al.
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 巻: 539-540 ページ: 15-18
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2012.05.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of ring-polymer molecular dynamics to electronically nonadiabatic excess electron dynamics in water clusters: importance of nuclear quantum effects (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, T. Takayanagi
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 564 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2013.02.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real Wave Packet and Flux Analysis Studies of the H + F2 -> HF + F Reaction (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Gogtas, E. Karabulut, T. Takayanagi, T. Tanaka, R. Tutuk
  • 雑誌名: International Journal of Quantum Chemistry 巻: 112 号: 11 ページ: 2348-2354
  • DOI: 10.1002/qua.23213
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rare gas bond property of Rg-Be2O2 and Rg-Be2O2-Rg(Rg=He,Ne,Ar,Kr and Xe) as a comparison with Rg-BeO (2012)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kobayashi
  • 雑誌名: Comput. Theor. Chem. 巻: 991 ページ: 48-55
  • DOI: 10.1016/j.comptc.2012.03.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] A practical approach to temperature effects in dissociative electron attachment cross sections using local complex potential theory (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugioka, T. Takayanagi
  • 雑誌名: Chemical Physics 巻: 405 ページ: 189-196
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2012.08.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum-Thermal Crossover of Hydrogen and Tritium Diffusion in α-Iron (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, T. Takayanagi, H. Kimizuka, M. Shiga
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 116 号: 43 ページ: 23113-23119
  • DOI: 10.1021/jp307660e
  • 査読あり
• [学会発表] (HNS)系ポテンシャルエネルギー曲面の作成とNS生成機構の反応動力学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤和宇眞、高柳敏幸
  • 学会等名: 第8回分子化学討論会
  • 発表場所: 広島大学(広島県・東広島市)
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [学会発表] N(4S, 2D) + CH3(2A2") 反応におけるスピン禁制過程とローミング過程の理論的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉幸枝、吉田風花、近藤麻奈美、高柳敏幸
  • 学会等名: 第8回分子化学討論会
  • 発表場所: 広島大学(広島県・東広島市)
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [学会発表] Quantum localization of muonium in the glycine-K+ complex (2014)
  • 著者名/発表者名: 本田知大、吉川武宏、高柳敏幸
  • 学会等名: 第30回化学反応討論会
  • 発表場所: イーグレ姫路(兵庫県・姫路市)
  • 年月日: 2014-06-04 – 2014-06-06
• [学会発表] Dynamics study of excess electron attachment to molecules and clusters (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Takayanagi
  • 学会等名: Telluride Winter Workshop on New Challenges for Theory in Chemical Dynamics
  • 発表場所: Telluride (Telluride Science Research Center), Colorado, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical study of electron attachment dynamics to DNA and its related molecules: importance of nuclear quantum effects (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Takayanagi
  • 学会等名: The XVII International Workshop on Low-Energy Positron and Positronium Physics (POSMOL 2013)
  • 発表場所: Kanazawa (Kanazawa Bunka Hall), Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Nuclear quantum effects in chemical reactions: from simple three-atom systems to complex systems (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Takayanagi
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Quantum Reactive Scattering (QRS12)
  • 発表場所: Bordeaux (University of Bordeaux 1),France
  • 招待講演
• [学会発表] グアニン―シトシン塩基対アニオンにおけるプロトン移動ダイナミクスの理論的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉岡雄仁, 高柳敏幸
  • 学会等名: 第7回分子科学討論会
  • 発表場所: 京都(京都テルサ)
• [学会発表] Quantum dynamics simulation for non-adiabatic relaxation of hydrated electron (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川武宏, 高柳敏幸
  • 学会等名: 第29回化学反応討論会
  • 発表場所: 仙台(東北大学)
• [学会発表] Resonances in chemical reactions: theory and experiment (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Takayanagi
  • 学会等名: Resonances in non-Hermitian systems in quantum mechanics
  • 発表場所: 京都 （京都大学）
  • 招待講演
• [学会発表] Nuclear quantum effects in complex hydrogen-bonding systems (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Takayanagi
  • 学会等名: Advances in Quantum Chemistry: Interfacing Electronic Structure with Dynamics
  • 発表場所: Minneapolis, USA (Minnesota University)
  • 招待講演
• [学会発表] α-Fe中での水素同位体の量子的拡散ダイナミクス (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川武宏, 高柳敏幸, 君塚肇, 志賀基之
  • 学会等名: 第26回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 福岡 (九州大学)
• [学会発表] Theoretical study on the mechanisms of Hydrogen diffusion and isotope effects in Fe by path integral molecular dynamics simulations (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川武宏,益子拓朗,菅原修一, 高柳敏幸, 志賀基之
  • 学会等名: 第28回化学反応討論会
  • 発表場所: 福岡 (九州大学)
• [学会発表] 多原子分子の全自由度を考慮した解離性電子付着断面積の計算方法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉岡雄仁, 高柳敏幸
  • 学会等名: •第6回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京 (東京大学)
• [備考] 活動報告・予告-Annual Reports
  • URL: http://www.chem.saitama-u.ac.jp/wiki/index.php?%E6%B4%BB%E5%8B%95%E5%A0%B1%E5%91%8A%E3%83%BB%E4%BA%88%E5%91%8A%2FAnnual%20Reports%2F%E9%AB%98%E6%9F%B3%E7%A0%94%E7%A9%B6%E5%AE%A42012
• [備考] 埼玉大学・高柳研究室 Takayanagi Lab.
  • URL: http://www.chem.saitama-u.ac.jp/takayanagi-lab/index.html