分子シミュレーションによる生体分子系における励起エネルギー移動の理論的解明

• 研究課題/領域番号: 26810008
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 琉球大学
• 研究代表者: 東 雅大 琉球大学, 理学部, 助教 (20611479)
• 研究協力者: 斉藤 真司 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域 理論分子科学第一研究部門, 教授
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 励起エネルギー移動 / 光捕集複合体 / 分子シミュレーション / 理論解析 / EETダイナミクス / 理論化学 / 光捕集アンテナ / 分子動力学シミュレーション / FMOタンパク / 励起子相互作用 / MDシミュレーション

研究成果の概要

本研究では、量子化学計算と分子動力学シミュレーションを効率良く結びつける手法を開発し、光捕集アンテナの高効率な光エネルギー伝達機能におけるタンパク質の構造および揺らぎの役割を解明することを目的とする。これまで光捕集アンテナ中の色素の励起エネルギーの大きさと揺らぎを解析可能な手法を開発し、光捕集アンテナFMOタンパク中の7つの色素の励起エネルギーの大きさと揺らぎを、世界で初めて定量的に再現することに成功した。また、色素間の励起子相互作用の大きさと揺らぎを解析可能な手法の開発も行った。

研究成果

• [雑誌論文] Four Aromatic Sulfates with an Inhibitory Effect against HCV NS3 Helicase from the Crinoid Alloeocomatella polycladia (2017)
  • 著者名/発表者名: Idam Hermawan, Atsushi Furuta, Masahiro Higashi, Yoshihisa Fujita, Nobuyoshi Akimitsu, Atsuya Yamashita, Kohji Moriishi, Satoshi Tsuneda, Hidenori Tani, Masamichi Nakakoshi, Masayoshi Tsubuki, Yuji Sekiguchi, Naohiro Noda, Junichi Tanaka
  • 雑誌名: Marine Drugs 巻: 15 号: 4 ページ: 117-117
  • DOI: 10.3390/md15040117
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical Study on Photoexcitation Dynamics of a Bis-diimine Cu(I) Complex in Solutions (2017)
  • 著者名/発表者名: Asaka Agena, Satoru Iuchi, Masahiro Higashi
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 679 ページ: 60-65
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2017.04.082
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The ion-dependence of carbohydrate binding of CBM36: MD and 3D-RISM study (2016)
  • 著者名/発表者名: Shoichi Tanimoto, Masahiro Higashi, Norio Yoshida, Haruyuki Nakano
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 28 号: 34 ページ: 344005-344005
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/34/344005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin-Blocking Effect in CO and H2 Binding Reactions to Molybdenocene and Tungstenocene: A Theoretical Study on the Reaction Mechanism via the Minimum Energy Intersystem Crossing Point (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Watanabe, N. Nakatani, A. Nakayama, M. Higashi, and J. Hasegawa
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 55 号: 16 ページ: 8082-8090
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b01187
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantitative evaluation of site energies and their fluctuations of pigments in the Fenna-Matthews-Olson complex with an efficient method for generating a potential energy surface (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Higashi, Shinji Saito
  • 雑誌名: Journal of Chemical Theory and Computation 巻: 12 号: 8 ページ: 4128-4137
  • DOI: 10.1021/acs.jctc.6b00516
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] One-pot synthesis and theoretical calculation for trifluoromethylated pyrrolizidines by 1,3-dipolar cycloaddition with azomethine ylides and β-trifluoromethyl acrylamides (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Toma, Masataka Kunigami, K-jiro Watanabe, Masahiro Higashi, Satoru Arimitsu
  • 雑誌名: Journal of Fluorine Chemistry 巻: 189 ページ: 22-32
  • DOI: 10.1016/j.jfluchem.2016.07.013
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical study on excited states of bacteriochlorophyll a in solutions with density functional assessment (2014)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Higashi, Takahiro Kosugi, Shigehiko Hayashi, and Shinji Saito
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 118 号: 37 ページ: 10906-10918
  • DOI: 10.1021/jp507259g
  • 査読あり
• [学会発表] Theoretical investigation of excited states of pigments in the light-harvesting antenna (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Higashi
  • 学会等名: Kickoff To Explore The New Field Of Molecular Soft Matter
  • 発表場所: Kasetsart University (Bangkok, Thailand)
  • 年月日: 2017-03-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantitative Analysis of Site Energies and Their Fluctuations of Pigments in the FMO Complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Higashi, Shinji Saito
  • 学会等名: 新学術領域研究「動的秩序と機能」第5回国際シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学数理科学研究棟（東京都目黒区）
  • 年月日: 2017-01-22
  • 国際学会
• [学会発表] 新規有機反応における立体・位置選択性の理論的解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大
  • 学会等名: IQCE講演会「量子化学で探る化学の最先端2016」
  • 発表場所: 東京大学山上会館（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-11-19
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical analysis of site energies and their fluctuations of pigments in the light-harvesting antenna (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Higashi
  • 学会等名: The 9th Korea-Japan Seminars on Biomolecular Science
  • 発表場所: Commodore Hotel Gyeongju (Gyeongju, Korea)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantitative Analysis of Site Energies and Their Fluctuations of Pigments in the Light-Harvesting Antenna (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Higashi, Shinji Saito
  • 学会等名: International Symposium on Multi-scale Simulation of Condensed-phase Reacting Systems
  • 発表場所: Nagoya University (Nagoya, Japan)
  • 年月日: 2016-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] Quantitative Analysis of Site Energies and Their Fluctuations of Pigments in the Light-Harvesting Antenna (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Higashi, Shinji Saito
  • 学会等名: 52nd Symposium on Theoretical Chemistry
  • 発表場所: Ruhr University Bochum (Bochum, Germany)
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] 光捕集複合体FMOタンパク 中の色素の励起状態に関する理論的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大，斉藤 真司
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会2016神戸
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 分子シミュレーションによる光捕集アンテナ中の色素の励起状態の理論的解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大，斉藤 真司
  • 学会等名: 第19回理論化学討論会
  • 発表場所: 早稲田大学西早稲田キャンパス（東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-05-25
• [学会発表] 分子シミュレーションによる光捕集アンテナ中の色素の励起状態の理論的解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大，斉藤 真司
  • 学会等名: 第19回 理論化学討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-05-23
• [学会発表] 光捕集アンテナ中の色素の励起エネルギーの大きさと揺らぎの理論的解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大，斉藤 真司
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Toward quantitative analysis of excitation energy transfer in light-harvesting antennas (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Higashi
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 分子シミュレーションによる光捕集アンテナ中の色素の励起エネルギーの大きさと揺らぎの導出と解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大，斉藤 真司
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会2015東京
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Toward molecular understanding of excitation energy transfer in light-harvesting antennas (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Higashi
  • 学会等名: Asian International Symposium -Interplay between Theory and Experiment in Physical Chemistry-
  • 発表場所: Chiba, Japan
  • 年月日: 2015-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] 揺らぎを露わに考慮可能な計算手法による凝縮相中の化学反応の理論的解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会（2015），若い世代の特別講演会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] 光捕集アンテナにおける励起エネルギー移動ダイナミクスの分子論的理解を目指して (2015)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大
  • 学会等名: 理研シンポジウム「生体分子系量子化学計算の最前線」
  • 発表場所: 埼玉
  • 年月日: 2015-01-22 – 2015-01-23
  • 招待講演
• [学会発表] 光捕集アンテナにおける色素の励起エネルギーの揺らぎに関する理論的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大，斉藤 真司
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Theoretical studies on excitation energy fluctuations of pigments in a light-harvesting complex (2014)
  • 著者名/発表者名: Masahiro HIgashi and Shinji Saito
  • 学会等名: 248th ACS National Meeting
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-14
• [学会発表] 分子シミュレーションによる凝縮相中の励起状態反応ダイナミクスの定量的理解を目指して (2014)
  • 著者名/発表者名: 東 雅大
  • 学会等名: 第344回触媒化学研究センターコロキウム
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-05-12
  • 招待講演