| 研究課題/領域番号 |
20608003
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
石田 俊正 京都大学, 福井謙一記念研究センター, 准教授 (50212890)
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| 研究分担者 |
南部 伸孝 九州大学, 情報基盤研究開発センター, 准教授 (00249955)
チュン ウィルフレド 京都大学, 福井謙一記念研究センター, 研究員 (90467457)
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| キーワード | 生体分子 / 原子・分子物理 / 光応答 / 反応動力学 / 非断熱遷移 |
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| 研究概要 |
視覚に関連するタンパク質ロドプシン中のレチナールは、光励起により、11-cis型からall-trans型へ変化する。この分子のモデル系2つについて、ab initio動力学計算を行い、トラジェクトリの解析を行った。電子状態計算にCASSCF/6-31Gを用い、励起状態から基底状態への遷移については、Zhu-Nakamura公式で積もった。周囲のタンパク質の影響は考慮していない。
気相では生成物としてはall-transのほか、9-cis型が生じることがわかった。すなわち、周囲のタンパク質が9-cis型の生成を阻害していることになる。CC,CN結合の捩れに着目すると、all-trans型の生成に伴い、C11=C12の二重結合が反時計回りに回転するに合わせて、C9=C10の二重結合が時計回りに回転するクランク軸運動が観測された。このクランク軸運動はタンパク質を考慮したシミュレーションでも観測され、タンパク質によるものであると唱えられていたが、気相でも起こることからレチナールに固有な運動であることがわかった。各トラジェクトリの励起後の経過時間における励起状態と基底状態のエネルギー差をプロットすると、6π系においては基底状態へ落ちたあと、ほぼワンステップで最安定な構造付近へと落ち着くが、12π系においては最安定構造になる前にトラジェクトリがトラップされており、エネルギー差が振動していることがわかった。各トラジェクトリについてエネルギー差、異性化反応で捻れるCC結合の長さ、捻れ角を解析するとある特徴が現れた。基底状態へ遷移後、1)エネルギー差が小さくCC結合長が長い、準安定な中間状態を経過した後、2)エネルギー差が大きくCC結合長が短い安定状態へと変化していく様子が見て取れる。trans型を例に取ったが、cis型に戻る場合にも同様な傾向が見られた。基底状態に遷移した後、捻れるために伸びて単結合的になったCC結合がすぐに二重結合に戻らず、数度の振動を経てのち、単結合へと縮むことを示している。
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