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プロトン・水素結合と生体分子の理論化学

公募研究

研究領域分子高次系機能解明のための分子科学―先端計測法の開拓による素過程的理解
研究課題/領域番号 22018016
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

佐藤 啓文  京都大学, 工学研究科, 教授 (70290905)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
2011年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2010年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
キーワードプロトン / 水素結合ネットワーク / 分子性統計力学 / pH / PYP
研究概要

本研究課題は、生体分子に代表される高次系と水との間に存在する普遍的な性質を明らかにする目的で研究を進めており、本年度は主にpHなどの生体関連分子の周辺環境の変化が、分子物性や水素結合ネットワークに与える影響を理解するための理論計算を行った。具体的にはPhotoactive Yellow Protein (PYP)発色団附近および、炭酸脱水酵素(CA)の活性中心である亜鉛イオン附近の水素結合網に着目して研究を行って来た。また固液界面近傍の溶媒和構造を記述する新しい統計力学理論を開発した。
PYP中にあっては発色団であるp-クマル酸附近のGlu46との間に低障壁水素結合が存在することが最近の実験から示唆されている。また近傍のArg52のプロトン化状態も発色団の電子状態に直接影響を与えるものと考えられる。本研究ではONIOM法を用いて検証し、これらが光吸収には大きく影響しないことを明らかにした。またCAについては、我々が最近開発した統計力学理論(MC-MOZ法)を用いて、活性中心の三次元溶媒和構造を計算した。この方法は、MD法などとは異なり酸・塩基条件を容易に考慮できる利点がある。得られた水素結合構造は水と酸性条件ではほぼ同じであったが、塩基性条件下では水酸化物イオンが亜鉛付近に存在していることが示唆された。実験的に得られている結晶構造とは後者の方がより符合することが分かった。併せて同領域の水分子に対するモンテカルロ計算を行ってネットワーク構造について調べ、その一部が周辺残基に強く結合していることを見いだした。
また固液界面近傍の溶媒和構造を記述する新しい積分方程式理論の開発に成功した。この方法では界面に垂直および水平な方向の二つを独立な自由度とし、固体に対する周期境界性を取り入れたpolymer-RISM理論と組み合わせることで固液界面近傍の溶媒和構造を記述できる。格子状に原子が配列した固体近傍の水和構造を計算し、水の位置や配向が適切に記述できることを示した。さらに生体内での基礎的化学過程についてRISM-SCF-SEDD法を用いてその機構を明らかにした。

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2012 2011 2010

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Theoretical study on aquation reaction of cis-platin complex : RISM-SCF-SEDD, a hybrid approach of accurate quantum chemical method and statistical mechanics2011

    • 著者名/発表者名
      D.Yokogawa, K.Ono, H.Sato, S.Sakaki
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 40 号: 42 ページ: 11125-11130

    • DOI

      10.1039/c1dt10703h

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A two-dimensional-reference interaction site model theory for solvation structure near solid-liquid interface2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Iida, Hirofumi Sato
    • 雑誌名

      Journal of chemical physics

      巻: 135 号: 24 ページ: 244702-244702

    • DOI

      10.1063/1.3668468

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical study of magnesium fluoride in aqueous solution2011

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shibata, Hirofumi Sato, Shigeyoshi Sakaki, Yuji Sugita
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B

      巻: 115 号: 35 ページ: 10553-10559

    • DOI

      10.1021/jp2053647

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Solvation structure of coronene-transition metal complex : A RISM-SCF study2011

    • 著者名/発表者名
      H.Sato, C.Kikumori, S.Sakaki
    • 雑誌名

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      巻: 13 ページ: 309-313

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] A Theoretical Study on Ionization of Aniline in Aqueous Solution2012

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Matsumura, Kenji Iida, Hirofumi Sato
    • 学会等名
      The International Conterence on Statistical Mechanics of Liquids : From Water to Biomolecules
    • 発表場所
      Okazaki Conference Center
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 水溶液中でのアニリンのイオン化に関する理論的研究2012

    • 著者名/発表者名
      松村祥宏・飯田健二・佐藤啓文
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical studies on proton and hydrogen bonding in biological molecules2011

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Sato, Kenji Hirano
    • 学会等名
      高次系第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      ロイトン札幌
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] The development of 2D-RISM equation for solvation structure near solid-liquid interface2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Iida, Hirofumi Sato
    • 学会等名
      高次系第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      ロイトン札幌
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Impact of solvation : efficient models for chemical reaction and equilibrium in solution phase2011

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Sato
    • 学会等名
      World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC)
    • 発表場所
      Santiago de Compostela (Spain)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Development of a 2D-RISM equation and its application to solid-liquid interface2011

    • 著者名/発表者名
      Kenji Iida, Hirofumi Sato
    • 学会等名
      World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC)
    • 発表場所
      Santiago de Compostela (Spain)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] プロトン・水素結合と生体分子の理論化学2011

    • 著者名/発表者名
      佐藤啓文
    • 学会等名
      第6回合同班会議
    • 発表場所
      沖縄残波岬ロイヤルホテル
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] プロトン・水素結合と生体分子の理論化学2010

    • 著者名/発表者名
      佐藤啓文
    • 学会等名
      「高次系分子科学」平成22年度第5回全体会議
    • 発表場所
      南淡路ロイヤルホテル(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 2D-RISM方程式の開発と固液界面への応用2010

    • 著者名/発表者名
      飯田健二, 佐藤啓文
    • 学会等名
      第33回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 脱プロトン化によるPYP色素(p-クマル酸)の吸収スペクトルシフトの機構解明2010

    • 著者名/発表者名
      平野健司, 佐藤啓文, 榊茂好
    • 学会等名
      第4回分子科学討論会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 積分方程式理論を用いた固液界面の理論的研究~2D Polymer RISM方程式の導出と応用~2010

    • 著者名/発表者名
      飯田健二, 佐藤啓文
    • 学会等名
      第4回分子科学討論会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] PYP色素(p-クマル酸)の水溶液中の吸収スペクトルに関する理論的研究2010

    • 著者名/発表者名
      平野健司, 佐藤啓文, 榊茂好
    • 学会等名
      第13回理論化学討論会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

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公開日: 2010-08-23   更新日: 2018-03-28  

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