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機能性色素レチナールの量子過程制御による新規視物質の設計

公募研究

研究領域高次π空間の創発と機能開発
研究課題/領域番号 23108709
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関神戸大学

研究代表者

藤本 和宏  神戸大学, その他の研究科, 講師 (00511255)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2012年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2011年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード量子化学 / 生物物理 / 励起状態 / 生物・生体工学
研究実績の概要

①視覚を司るロドプシンとプロトンポンプ機能を有するバクテリオロドプシンはどちらもレチナールタンパク質によって構成されているが、それぞれの吸収波長は異なることが知られている。これらの吸収波長調節機構の起源に関する研究を行なった。以前の研究の中で、両者のタンパク質環境が形成する(古典力学的)静電ポテンシャルの違いが重要であることを明らかにしてきたが、本研究ではレチナール色素近傍のタンパク質環境を量子力学的に記述することにより、両者の量子効果の違いについて調べた。ここでは、励起状態の波動関数を局所励起と電荷移動、その他の三つに分類して解析した。その結果、ロドプシンではレチナールの局所励起のみが励起エネルギーの大きさに強く影響を与えていたのに対し、バクテリオロドプシンではレチナールの局所励起に加えてチロシンに関する電荷移動も励起エネルギーに大きく影響を与えることが分かった。これらの結果から、両者のタンパク質環境における量子効果の違いを明らかにすることに成功した。
②励起エネルギー移動(EET)は植物の光合成に代表されるように生体内反応において広く用いられている現象である。フェルスター理論が発表されて以降、数多くの理論的研究が行われてきたが、電子的カップリング(光励起・脱励起に関わる電子の相互作用)の計算が可能な系しか研究対象とされてこなかった。以前の研究において遷移電子密度を用いた計算手法を考案してきたが、本研究では更にトランスファー積分と組み合わせた方法(TDFI-TI法)を考案することで従来の手法では計算できなかった系への適用を可能とした。また、本手法を用いて電子的カップリングに対する寄与を分割解析することに成功した。EETのより深い理解のため、今後はTDFI-TI法を様々な系へ適用する予定である。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Transition-density-fragment interaction combined with transfer integral approach for excitation-energy transfer via charge-transfer states2012

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro J. Fujimoto
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 137 号: 3 ページ: 034101-034101

    • DOI

      10.1063/1.4733669

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Configuration Interaction Picture for a Molecular Environment Using Localized Molecular Orbitals: The Excited States of Retinal Proteins2012

    • 著者名/発表者名
      J. Hasegawa, K. J. Fujimoto, and T. Kawatsu
    • 雑誌名

      J. Chem. Theo. Comp.

      巻: 8 号: 11 ページ: 4452-4461

    • DOI

      10.1021/ct300510b

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高精度量子化学計算による光生物学へのアプローチ:レチナールタンパク質の光吸収・励起エネルギー移動機構2011

    • 著者名/発表者名
      藤本和宏
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 51 号: 3 ページ: 140-143

    • DOI

      10.2142/biophys.51.140

    • NAID

      10029140022

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Color tuning in photo-functional proteins2011

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

      Nakatsuji Chem Phys Chem

      巻: 12(17) 号: 17 ページ: 3106-3115

    • DOI

      10.1002/cphc.201100452

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Quantum chemical approach to photobiology: Mechanism of color tuning and excitation-energy transfer in retinal proteins2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro J. Fujimoto
    • 学会等名
      4-th France-Japan Joint Seminar
    • 発表場所
      Spring-8
    • 年月日
      2013-01-07
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電荷移動状態を経由した励起エネルギー移動に対する計算手法の開発2012

    • 著者名/発表者名
      藤本和宏
    • 学会等名
      第6回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2012-09-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ヒト錐体視物質のカラーチューニング機構:タンパク質環境の役割2012

    • 著者名/発表者名
      藤本和宏
    • 学会等名
      高次π空間の創発と機能開発第7回公開シンポジウム
    • 発表場所
      メルパルク松山(愛媛県)
    • 年月日
      2012-03-13
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical study of the opsin shift of deprotonated retinal schiff base in the M state of bacteriorhodopsin2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro J.Fujimoto
    • 学会等名
      高次π空間の創発と機能開発第3回国際シンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県)
    • 年月日
      2011-11-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 量子化学計算による光生物学へのアプローチ2011

    • 著者名/発表者名
      藤本和宏
    • 学会等名
      分子高次系機能解明のための分子科学第12回ミニ公開シンポジウム「光受容タンパク質」
    • 発表場所
      三谷温泉松風園(愛知県)(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 機能性色素レチナールの量子過程制御による新規視物質の設計2011

    • 著者名/発表者名
      藤本和宏
    • 学会等名
      高次π空間の創発と機能開発第6回公開シンポジウム
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
    • 年月日
      2011-07-14
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] Quantum Systems in Chemistry and Physics: Progress in Methods and Applications (Progress in Theoretical Chemistry and Physics)2013

    • 著者名/発表者名
      Jun-ya Hasegawa, Kazuhiro J. Fujimoto, and Hiroshi Nakatsuji
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      Springer-Verlag
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [図書] 「高次π空間の創発と機能開発」赤坂 健、大須賀篤弘、福住俊一、神取秀樹編2013

    • 著者名/発表者名
      藤本和宏
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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