金属錯体の関与する酸素反応過程の理論的研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04243214
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 柏木 浩 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (10000853)
• 研究分担者: 佐藤 文俊 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (00235392) ; 岡本 正宏 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (40211122)
• キーワード: ヘム / 蛋白質 / 分子場 / 静電場 / ab initio分子軌道法 / CASSCF法 / チトクロムc_3 / 電子移動

研究概要

蛋白質内の金属錯体は、それ自身の電子状態と蛋白質内の分子場の相互作用を通して固有の特異的な反応のみを推進する。蛋白質の分子場としては静電場、分散力の場などがあり、前者は遠隔作用として特に重要である。我々の主な目的は蛋白質の静電場を取り込んだ分子軌道計算を行い、化学反応に対する分子場の影響を研究することである。
平成4年度の研究成果を以下に示す。(1)チトクロムC_3のイオン化ポテンシャルの計算。チトクロムC_3は4個のc型ヘムを持つ小さな蛋白である。ab initio分子軌道法により、4個のそれぞれ構造の異なるヘムのイオン化ポテンシャルを求めた。計算値の分布幅は観測値と比べて大きかったが、これに蛋白質の静電ポテンシャルを加えたところ、実験データに近い関係を得た。(2)オキシヘムのCASSCF計算。生体内で酸素分子はオキシヘムの形で保持される。FeとOにHartree-Fock極限に近い基底関数を用いた369軌道のCASSCF計算を行った。得られた電子構造は古典的なPaulingやWeissのモデルとは全く異なるものであった。この研究は中京大学の山本茂義博士との共同研究である。(3)ヘム-CO光解離のポテンシャル面の計算。ヘムに配位したCOは幅の広い領域の光によって解離する。この解離過程を明らかにするために、ab initio RHF法およびCASSCF法によってヘム-CO解離のポテンシャル曲面の計算を行った。この結果、有力な解離状態の電子構造が明らかになった。(4)蛋白質の電場計算とグラフィックス。蛋白質は細胞中で水や膜という誘電体の中にある。蛋白質の中に分布している電荷と周囲の誘電体の影響を含めて電場を計算するプログラムを入手し、この出力を表示するプログラムを作成した。(5)蛋白質中の電子移動の理論。チトクロムc_3、光合成蛋白などの電子移動をミクロレベルで研究するため時間を含む波動方程式の解法としてFeynmanの経路積分法を採用し、プログラムの製作とテスト計算を行った。

研究成果

• [文献書誌] S.Yamamoto & H.Kashiwagi: "Supercomputing on Fe-O Bond in Heme Protein" Proceedings of International Symposium on Advanced Computing for Life-Science. 55-57 (1992)
• [文献書誌] K.Chiba,F.Sato & H.Kashiwagi: "Theoretical Study on Binding of Carbonmonooxide to Heme" Proceedings of International Symposium on Advanced Computing for Life-Science. 73-75 (1992)
• [文献書誌] I.Okazaki,F.Sato & H.Kashiwagi: "Electronic Structure of Heme Groups in Cytochrome c_3" Proceedings of International Symposium on Advanced Computing for Life-Science. 76-78 (1992)
• [文献書誌] T.Sakuma,T.Takada,H.Kashiwagi & H.Nakamura: "Ab Initio MO Calculations of the Chlorophyll Dimer in the Photosynthetic Reaction Center" Proceedings of International Symposium on Advanced Computing for Life-Science. 197-199 (1992)
• [文献書誌] M.Okamoto: "Biomimetic Switching Device:Biomimetic Approach and Application to Neural Network Study" J.Biotechnol.24. 109-127 (1992)
• [文献書誌] S.Yamamoto & H.Kashiwagi: "CASSCF calculation on Dioxygen Heme Complex with Extended Basis Set" Chem.Phys.Lett.(1993)
• [文献書誌] S.Ina,Y.Hatano & H.Kashiwagi: "Computer Graphics Visualization of Electrostatic Potential around a Biomolecule" Bioimages. (1993)