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2014 年度 実績報告書

酵素触媒反応種の状態変化と活性制御に関する理論的研究

計画研究

研究領域感応性化学種が拓く新物質科学
研究課題/領域番号 24109014
研究機関九州大学

研究代表者

吉澤 一成  九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (30273486)

研究期間 (年度) 2012-06-28 – 2017-03-31
キーワード量子化学 / 酵素反応 / 電子物性
研究実績の概要

本研究では領域内の実験グループとの共同研究を一層活性化することを目的とし、量子化学計算による酵素触媒反応種の状態変化と活性制御に関する理論的研究を実施している。本年度は、酵素触媒反応種の状態変化と活性制御を目指す事を重点課題とし量子化学計算による理論研究を進めた。その結果、研究代表者グループ独自の研究として、二核モリブデン錯体によるアンモニア合成の反応機構(Nature Commun., 5, 3737/1-11 (2014), J. Am. Chem. Soc., 136, 9719-9731 (2014), Angew. Chem. Int. Ed., 53, 11488-11492 (2014))、ゼオライト担持二核銅構造による一酸化窒素の還元機構(ACS Catal., 4, 2075-2085 (2014))、酵素反応のミューテーション解析(Bull. Chem. Soc. Jpn., 87, 950-959 (2014))などについての新たな知見成果を得た。また、小澤、小島、金川ら領域内の実験研究者との共同研究をった。それぞれ、ピンサー錯体によるN-H結合の切断機構、多核ルテニウム錯体の構造と反応性、金属錯体の光電磁気物性等に関する詳細な理論解析を行い、実験研究者との共同研究を通じて有意義な成果を挙げることができた。その他に領域内外の多くの実験研究者との連携研究を活発に実施することができた。それらの成果は来年度発表する予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究では領域内の実験グループとの共同研究を一層活性化することを目的とし、量子化学計算による酵素触媒反応種の状態変化と活性制御に関する理論的研究を実施している。領域内の実験研究者との共同研究を通じて、これまでに有意義な成果を挙げることができた。それらの成果は、Nature Chem.、Nature Commun. 、J. Am. Chem. Soc. 、Angewandte Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.やその他のインパクトファクターの高い国際学術誌に公表されている。これらの観点から、研究計画は順調に遂行されていると判断される。

今後の研究の推進方策

金属酵素や触媒の活性点と周辺の相互作用および外部刺激応答性錯体のスピン転移継続的について研究する。26年度までの結果を踏まえて大規模量子化学計算を実行し、それらに関与する感応性化学種の構造と機能について明らかにする。大規模高精度計算を実行し、窒素固定や水分解の理論研究をさらに展開する。領域内研究者との連携研究をさらに実施する。A04班の井上、杉本、中井は、さまざまな機能を有する金属酵素の専門家であり、人工モデル酵素の構築、新しい酵素の探索、反応解析、など幅広い実験的バックグランドを持っている。申請者は、これらの研究者との緊密な連携の下に、A04班の連携研究を強力に推進する。さらに、他班の実験研究者との共同研究を企画しており、我々のこれまでに蓄積した知識を生かしつつ、理論実験両面からの連携研究を実施する。また、他のグループにも随時、計算の支援・助言を行う。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (17件) (うち査読あり 17件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 17件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Selective Carbon Dioxide Adsorption of ε-Keggin-type Zincomolybdate-based Purely-Inorganic 3D Frameworks2015

    • 著者名/発表者名
      Z. Zhang, M. Sadakane, S. Noro, T. Maruyama, T. Kamachi, K. Yoshizawa, and W. Ueda
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 3 ページ: 746-755

    • DOI

      10.1039/C4TA05496B

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Ferromagnetically Coupled Fe42 Cyanide-Bridged Nanocage2015

    • 著者名/発表者名
      S. Kang, H. Zheng, T. Liu, K. Hamachi, S. Kanegawa, K. Sugimoto, Y. Shiota, Hayami, M. Mito, T. Nakamura, M. L. Baker, H. Nojiri, K. Yoshizawa, C. Duan, and O. Sato
    • 雑誌名

      Nature Commun.

      巻: 6 ページ: 5955/1-6

    • DOI

      10.1038/ncomms6955

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Formation and Characterization of a Reactive Chromium(V)-Oxo Complex: A Mechanistic Insight into Hydrogen-Atom Transfer Reactions2015

    • 著者名/発表者名
      H. Kotani, S. Kaida, T. Ishizuka, M. Sakaguchi, T. Ogura, Y. Shiota, K. Yoshizawa, and T. Kojima
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 6 ページ: 945-955

    • DOI

      10.1039/C4SC02285H

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hydrogen Atom Abstraction Reactions Independent of C-H Bond Dissociation Energies of Organic Substrates in Water: Significance of Oxidant-Substrate Adduct Formation2014

    • 著者名/発表者名
      T. Ishizuka, S. Ohzu, H. Kotani, Y. Shiota, K. Yoshizawa, T. Kojima
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 5 ページ: 1429-1436

    • DOI

      10.1039/C3SC53002G

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Enantioselective Alkylation by Binaphthyl Chiral Phase-Transfer Catalysts: A DFT-Based Conformational Analysis2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kamachi and K. Yoshizawa
    • 雑誌名

      Org. Lett

      巻: 16 ページ: 472-472

    • DOI

      10.1021/ol4033545

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Mechanism of N–H Bond Cleavage of Aniline by a Dearomatized PNP-Pincer Type Phosphaalkene Complex of Iridium(I)2014

    • 著者名/発表者名
      Y.-H. Chang, Y. Nakajima, H. Tanaka, K. Yoshizawa, and F. Ozawa
    • 雑誌名

      Organometallics

      巻: 33 ページ: 715-721

    • DOI

      10.1021/om401053j

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Unique Behavior of Dinitrogen-Bridged Dimolybdenum Complexes Bearing PNP Pincer Ligand toward Catalytic Reduction of Molecular Dinitrogen into Ammonia2014

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka, K. Arashiba, S. Kuriyama, A. Sasada, K. Nakajima,K. Yoshizawa, and Y. Nishibayashi
    • 雑誌名

      ,Nature Commun

      巻: 5 ページ: 3737/1-11

    • DOI

      10.1038/ncomms4737

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Roles of Carboxylate Donors in O-O Bond Scission of Peroxodiiron(III) to High-Spin Oxodiiron(IV) with a New Carboxylate-Containing Dinucleating Ligand2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kodera, T. Tsuji, T. Yasunaga, Y. Kawahara, T. Hirano, Y. Hitomi, T. Nomura, T. Ogura, Y. Kobayashi, Sajith P. K., Y. Shiota, and K. Yoshizawa
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 5 ページ: 2282-2292

    • DOI

      10.1039/C3SC51541A

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 309."Role of Acidic Proton in the Decomposition of NO over Dimeric Cu(I) Active Sites in Cu-ZSM-5 Catalyst: A QM/MM Study2014

    • 著者名/発表者名
      Sajith P. K., Y. Shiota, and K. Yoshizawa
    • 雑誌名

      ACS Catal.

      巻: 4 ページ: 2075-2085

    • DOI

      10.1021/cs500223z

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Computational Mutation Design of Diol Dehydratase: Catalytic Ability toward Glycerol beyond the Wild-Type Enzyme2014

    • 著者名/発表者名
      K. Doitomi, H. Tanaka, T. Kamachi, T. Toraya, and K. Yoshizawa
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 87 ページ: 950-959

    • DOI

      10.1246/bcsj.20140115

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Catalytic Formation of Ammonia from Molecular Dinitrogen by use of Dinitrogen-Bridged Dimolybdenum-Dinitrogen Complexes Bearing PNP-Pincer Ligands: Remarkable Effect of Substituent at PNP-Pincer Ligand2014

    • 著者名/発表者名
      S. Kuriyama, K. Arashiba, K. Nakajima, H. Tanaka, N. Kamaru, K. Yoshizawa, and Y. Nishibayashi
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 136 ページ: 9719-9731

    • DOI

      10.1021/ja5044243

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Binding of Scandium Ions to Metalloporphyrin–Flavin Complexes for Long-Lived Charge Separation2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kojima, R. Kobayashi, T. Ishizuka, S. Yamakawa, H. Kotani, T. Nakanishi, K. Ohkubo, Y. Shiota, K. Yoshizawa, and S. Fukuzumi
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J.

      巻: 20 ページ: 15518-15532

    • DOI

      10.1002/chem.201403960

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Molecular Motor-driven Abrupt Anisotropic Shape Change in a Single Crystal of a Ni Complex2014

    • 著者名/発表者名
      Z.-S. Yao, M. Mito, T. Kamachi, Y. Shiota, K. Yoshizawa, N. Azuma, Y. Miyazaki, K. Takahashi, K. Zhang, T. Nakanishi, S. Kang, S. Kanegawa, O. Sato
    • 雑誌名

      Nature Chem.

      巻: 6 ページ: 1079-1083

    • DOI

      10.1038/nchem.2092

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Cleavage and Formation of Molecular Dinitrogen in a Single System Assisted by Molybudenum Complexes Bearing Ferrocenyldiphosphine2014

    • 著者名/発表者名
      T. Miyazaki, H. Tanaka, Y. Tanabe, M. Yuki, K. Nakajima, K. Yoshizawa, and Y. Nishibayashi
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 53 ページ: 11488-11492

    • DOI

      10.1002/anie.201405673

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] QSAR Study on the Inhibition Mechanism of Matrix Metalloproteinase-12 by Arylsulfone Analogues Based on Molecular Orbital Calculations2014

    • 著者名/発表者名
      S. Hitaoka, H. Chuman, and K. Yoshizawa
    • 雑誌名

      Org. Biomol. Chem.

      巻: 13 ページ: 793-806

    • DOI

      10.1039/C4OB01843E

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photoswitching of Conductance through Salicylidene Methylamine2014

    • 著者名/発表者名
      A. Staykov, M. Watanabe, T. Ishihara, and K. Yoshizawa
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 118 ページ: 27539-27548

    • DOI

      10.1021/jp5081884

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Tetranuclear Ru(II) Complex with a Dinucleating Ligand Forming Multi-Mixed-Valence States2014

    • 著者名/発表者名
      S. Ohzu, T. Ishizuka, H. Kotani, Y. Shiota, K. Yoshizawa, and T. Kojima
    • 雑誌名

      Inorg. Chem.

      巻: 53 ページ: 12677-12679

    • DOI

      10.1021/ic502422u

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 金属酵素の反応性に関する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      新学術領域研究 第2回若手国際シンポジウム
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス基礎工学国際棟(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2014-12-09 – 2014-12-10
  • [学会発表] 二核銅構造によるメタンの酸化に関する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      第47回酸化反応討論会
    • 発表場所
      市民会館崇城大学ホール(熊本市)
    • 年月日
      2014-11-14 – 2014-11-15
  • [学会発表] 量子化学計算による感応性化学種の研究2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      新学術領域研究 第1回特別シンポジウム
    • 発表場所
      タワーホール船堀4回研修室(東京都江戸川区)
    • 年月日
      2014-10-13
  • [学会発表] 金属と樹脂の接着に関する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      第8回分子科学討論会2014
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス(東広島市)
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] 分子伝導の軌道理論2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤一成
    • 学会等名
      第27回DV-Xα研究会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス野依記念学術交流館1F(名古屋市)
    • 年月日
      2014-08-06 – 2014-08-08
  • [学会発表] Theoretical Study on the Mechanism of Nitrogen Fixation Catalyzed by a Dinitrogen-Bridged Dimolybdenum2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      ICOMC 2014
    • 発表場所
      ロイトン札幌(札幌市)
    • 年月日
      2014-07-13 – 2014-07-18
    • 招待講演
  • [学会発表] Frontier Orbital Rule for Electron Transport in Molecules2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      5th French-Japanese Workshop on Computational Methods in Chemistry
    • 発表場所
      University of Strasbourg【フランス】
    • 年月日
      2014-06-30 – 2014-07-01
    • 招待講演
  • [学会発表] How Heme Metabolism Occurs by Heme Oxygenase: Water-Assisted Oxo Mechanisms2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      ICPP-8
    • 発表場所
      Istanbul Lütfi Kirdar Convention and Exhibition Centre(トルコ)
    • 年月日
      2014-06-22 – 2014-06-27
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular Theory of Adhesion2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      新学術領域研究 第3回公開シンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2014-06-16 – 2014-06-17
  • [学会発表] 接着の分子論2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      第17回理論化学討論会
    • 発表場所
      名古屋大学ES総合館(名古屋市)
    • 年月日
      2014-05-22 – 2014-05-24
  • [学会発表] Frontier Orbital Rule for Electron Transport in Molecules2014

    • 著者名/発表者名
      吉澤 一成
    • 学会等名
      ISRIUM 2014
    • 発表場所
      アステールプラザ(広島市)
    • 年月日
      2014-04-01 – 2014-04-06
  • [図書] 金属錯体の量子・計算化学2014

    • 著者名/発表者名
      塩田、蒲池、吉澤
    • 総ページ数
      529
    • 出版者
      三共出版

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公開日: 2016-06-01  

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