π電子系の関与する生体エネルギー変換過程の理論とシミュレーション

2012 年度 研究成果報告書

• 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: 20108017
• 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: 京都大学
• 研究代表者: 安藤 耕司 京都大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (90281641)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• キーワード: 電子移動 / プロトンポンプ / エネルギー変換 / 生体分子

研究概要

生体エネルギー変換の鍵となる蛋白質中の長距離電子移動反応の微視的機構を明らかにするために、大規模第一原理電子状態計算に立脚した電子移動経路解析の新手法を開発し、光合成反応中心に応用した。また、プロトン移動性有機分子結晶における協同的誘電相転移の機構解析、プロトンの量子波束シミュレーション手法の開発と応用において進展を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Atoms-in-molecules analysis of the effect of intermolecular interactions on dielectric properties in hydrogen-bonded material 5-bromo-9-hydroxyphenalenone (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Otaki and Koji Ando
  • 雑誌名: International Journal of Quantum Chemistry 巻: 113 ページ: 386-392
  • DOI: DOI:10.1002/qua.24058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiquantal Molecular Dynamics Simulations of Hydrogen-Bond Dynamics in Liquid Water using, Spherical Gaussian Wave Packets (2013)
  • 著者名/発表者名: Junichi Ono, Kim Hyeon-Deuk, and Koji Ando
  • 雑誌名: International Journal of Quantum Chemistry 巻: 113 ページ: 356-365
  • DOI: DOI:10.1016/j.cplett.2012.02.073
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron wave packet modeling of chemical bonding: Floating and breathing minimal packets with perfect-pairing valence-bond spin coupling (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Ando
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 523 ページ: 134-138
  • DOI: DOI:10.1016/j.cplett.2011.12.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fragment Molecular Orbital Study on Electron Tunneling Mechanisms in Bacterial Photosynthetic Reaction Center (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishioka and Koji Ando
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 116 ページ: 12933-12945
  • DOI: DOI:10.1021/jp3062948
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiquantal molecular dynamics simulations of hydrogen-bond dynamics in liquid water using multidimensional Gaussian wave packets (2012)
  • 著者名/発表者名: Junichi Ono and Koji Ando
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 137 ページ: 174503-1-18
  • DOI: DOI:10.1063/1.4762840
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermolecular diatomic energies of a hydrogen dimer with non-Born-Oppenheimer nuclear and electron wave packets (2012)
  • 著者名/発表者名: Kim Hyeon-Deuk and Koji Ando
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 532 ページ: 124-130
  • DOI: DOI:10.1002/qua.24146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pathway analysis of super-exchange electronic couplings in electron transfer reactions using a multi-configuration self-consistent field method (2011)
  • 著者名/発表者名: Nishioka and K. Ando
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 13 ページ: 7043-7059
  • DOI: DOI:10.1039/C0CP01051K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of Proton Transfer and Vibrational Relaxation in Dilute Hydrofluoric Acid (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Joutsuka and K. Ando
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 巻: 115 ページ: 678-684
  • DOI: DOI:10.1021/jp108413p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydration Structure in Dilute Hydrofluoric Acid (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Joutsuka and K. Ando
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 巻: 115 ページ: 671-677
  • DOI: DOI:10.1021/jp108147e
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of intermolecular hydrogen bond on dielectric properties in hydrogen-bonded material 5-bromo-9-hydroxyphenalenone: theoretical investigation (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Otaki and K. Ando
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 13 ページ: 10719-10728
  • DOI: DOI:10.1039/C1CP20264B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic coupling calculation and pathway analysis of electron transfer reaction using ab initio fragment-based method. I. FMO-LCMO approach (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Nishioka and K. Ando
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 134 ページ: 204109-1-12
  • DOI: DOI:10.1063/1.3594100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational spectroscopy and relaxation of an anharmonic oscillator coupled to harmonic bath (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Joutsuka and K. Ando
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 134 ページ: 204511-1-12
  • DOI: DOI:10.1063/1.3594093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum effects of hydrogen atoms on the dynamical rearrangement of hydrogen-bond networks in water (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Hyeon-Deuk and K. Ando
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 132 ページ: 164507-1-5
  • DOI: DOI:10.1063/1.3397809
  • 査読あり
• [雑誌論文] The axial methionine ligand may control the redox reorganizations in the active site of blue copper proteins (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Ando
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 133 ページ: 175101-1-9
  • DOI: DOI:10.1063/1.3495983
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiquantal valence-bond wavepacket description of chemical bonding (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Ando
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn 巻: Vol.823 ページ: 975-983
  • DOI: DOI:10.1246/bcsj.82.975
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiquantum molecular dynamics simulation of liquid water by time-dependent Hartree approach (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Hyeon-Deuk and K. Ando
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: Vol.131 ページ: 064501-1-13
  • DOI: DOI:10.1063/1.3200937
  • 査読あり
• [学会発表] 電子とプロトンのダイナミクス (2012)
  • 著者名/発表者名: 安藤耕司,
  • 学会等名: CMSI第1部会「新物質新量子相の基礎科学」夏の学校
  • 発表場所: タカミヤビレッジホテル樹林(山形県蔵王)
  • 年月日: 20120820-25
• [学会発表] Electron transfer pathway analysis in large biomolecules (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Kitoh-Nishioka, Koji Ando
  • 学会等名: China-Japan-Korea Tripartite Workshop on Theoretical and computational Chemistry
  • 発表場所: 北京大学(中国)
  • 年月日: 20120719-253
• [学会発表] Semiquantal Wave Packet Molecular Dynamics Simulation of Hydrogen-Bond Dynamics in Water (2012)
  • 著者名/発表者名: 安藤耕司,
  • 学会等名: Workshop on Structure and Dynamics of Water in Gas, Liquid and Solid Phases
  • 発表場所: 台湾大学・中央研究院原子興分子科学研究所
  • 年月日: 2012-11-28
• [学会発表] Electron Transfer Pathway Analysis in Bacterial Photosynthetic Reaction Center (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Kitoh-Nishioka, Koji Ando
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大
  • 年月日: 2012-09-24
• [学会発表] Semiquantal Wave Packet Molecular Dynamics Simulation of Hydrogen-Bond Dynamics in Water (2012)
  • 著者名/発表者名: 安藤耕司,
  • 学会等名: 2012 Workshop on Exploring the Structures and Dynamics of Water at Interfaces
  • 発表場所: 台湾大学・中央研究院原子興分子科学研究所
  • 年月日: 2012-06-23
• [学会発表] FMO-LCMO 法を用いた長距離電子移動反応の理論的研究II (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Kitoh-Nishioka, Koji Ando
  • 学会等名: 第15回理論化学討論会
  • 発表場所: 仙台市福祉プラザ
  • 年月日: 2012-05-25
• [学会発表] Electron Wave Packet Modeling of Chemical Bonding (2012)
  • 著者名/発表者名: Koji Ando
  • 学会等名: JST International Symposium on Multi-scale Simulation of Condensed-phase Reacting Systems
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-05-11
• [学会発表] Fragment Molecular Orbital Study on Electron Tunneling Mechanism of Electron Transfer Reaction from Heme c-559 to Photo-oxidized Special Pair P960+ in Bacterial Photosynthetic Reaction Center (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Kitoh-Nishioka, Koji Ando
  • 学会等名: JST International Symposium on Multi-scale Simulation of Condensed-phase Reacting Systems
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-05-10
• [学会発表] Enhancement of dipole moment in hydrogen-bonded molecular crystal 5-bromo-9-hydroxyphenalenone: Computational study (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Otaki, Koji Ando
  • 学会等名: NTHU-KAIST-KYOTO junior chemist symposium
  • 発表場所: National Tsing Hua University
  • 年月日: 2012-02-15
• [学会発表] The effect of intermolecular interactions on dielectric properties in hydrogen-bonded molecular crystal 5-X-9-hydroxyphenalenone (X=Br, I, Methyl) (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Otaki, Koji Ando
  • 学会等名: New Zealand Institute of Chemistry Conference 2011
  • 発表場所: The University of Waikato
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] 楕円状ガウス波束を用いた水の準量子的分子動力学シミュレーション:水素結合の組み換えに伴う核の量子揺らぎのメカニズム (2011)
  • 著者名/発表者名: 小野 純一, 安藤 耕司
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Analysis of the effect of intermolecular interactions on dielectric properties in hydrogen-bonded material 5-bromo-9-hydroxyphenalenone (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Otaki, Koji Ando
  • 学会等名: 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2011-09-03
• [学会発表] Electronic coupling calculation and pathway analysis of electron transfer reaction by using ab initio fragment-based method (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Nishioka, Koji Ando
  • 学会等名: 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2011-09-03
• [学会発表] Simple wavepacket modeling of electron and nuclear dynamics (2011)
  • 著者名/発表者名: Koji Ando
  • 学会等名: 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2011-09-03
• [学会発表] Semiquantum valence-bond wavepacket description of chemical bonding (2011)
  • 著者名/発表者名: 安藤耕司
  • 学会等名: 第27回化学反応討論会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2011-06-10
• [学会発表] FMO-LCMO法を用いた長距離電子移動反応の理論的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西岡宏任, 安藤耕司
  • 学会等名: 第14回理論化学討論会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-05-12
• [学会発表] 有機反強誘電体5-ブロモ-9-ヒドロキシフェナレノンにおける誘電物性の理論的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大滝大樹, 安藤耕司
  • 学会等名: 第14回理論化学討論会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-05-12
• [学会発表] 楕円状ガウス波束を用いた水の準量子的MD シミュレーション:核の量子波束の異方性と揺らぎのメカニズム (2011)
  • 著者名/発表者名: 小野 純一, 安藤 耕司
  • 学会等名: 第14回理論化学討論会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-05-12
• [学会発表] 水の水素結合ダイナミクスにおける核の量子効果の理論的解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野 純一・金 賢得・安藤 耕司
  • 学会等名: 第33回溶液化学シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学百周年時計台記念館2階国際交流ホール
  • 年月日: 2010-11-17
• [学会発表] Pathway Analysis of Electron Tunneling through Protein Media Using Divide-and-Conquer Electronic Structure Calculation (2010)
  • 著者名/発表者名: 西岡宏任・安藤耕司
  • 学会等名: 日本生物物理学会 第48回年会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] 準量子的分子動力学法による水の水素結合ダイナミクスの理論的解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野 純一・金 賢得・安藤 耕司
  • 学会等名: 第4回分子科学討論会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] 分割統治(DC)電子状態計算を用いた蛋白質中電子移動反応のトンネル経路解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西岡宏任・安藤耕司
  • 学会等名: 第4回分子科学討論会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] 希釈フッ化水素酸中の振動緩和とプロトン移動 (2010)
  • 著者名/発表者名: 城塚達也・安藤耕司
  • 学会等名: 第13回理論化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学 学術交流会館
  • 年月日: 2010-05-23
• [学会発表] Semiquantum Molecular Dynamics Simulation of Liquid Water (2010)
  • 著者名/発表者名: 金賢得、安藤耕司
  • 学会等名: American Chemical Society National Meeting
  • 発表場所: San Francisco Moscone Center (USA)
  • 年月日: 2010-03-23
• [学会発表] Long-distance electron tunneling through an α-helix or β-strand peptide backbone: Divide-and-conquer Hartree-Fock analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Nishioka, Koji Ando
  • 学会等名: 名古屋大学生物物理国際シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] Semiquantal wavepacket modeling of reaction dynamics and chemical bonding (2010)
  • 著者名/発表者名: 安藤耕司
  • 学会等名: The 60th Okazaki Conference on "New Frontier in Quantum Chemical Dynamics
  • 発表場所: 分子科学研究所(岡崎市)
  • 年月日: 2010-02-23
• [学会発表] Metal-ligand d-π interaction in electron transfer mechanism of blue copper protein: A theoretical study (2009)
  • 著者名/発表者名: 安藤耕司
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: アスティとくしま(徳島市)
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] Semiquantal valence-bond description of chemical bonding (2009)
  • 著者名/発表者名: 安藤耕司
  • 学会等名: Nonequilibrium Phenomena, Nonadiabatic Dynamics and Spectroscopy
  • 発表場所: Telluride, USA
  • 年月日: 2009-07-20
• [学会発表] 水素結合構造とプロトン移動反応の準量子的解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 安藤 耕司
  • 学会等名: 計算科学研究センター・ワークショップ「次世代理論化学の新展開と超並列計算への挑戦」
  • 発表場所: 分子科学研究所岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2009-01-09
• [図書] 高次π空間の創発と機能開発 4.1節 光合成反応中心における長距離電子移動の経路解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鬼頭-西岡宏任・安藤耕司
  • 総ページ数: 5(分担)
  • 出版者: シーエムシー出版