プロトン結合電子移動反応の実時間解析:量子キュミュラント動力学法

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20750004
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 重田 育照 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 准教授 (80376483)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• キーワード: 量子動力学 / 電子移動 / 水素移動 / 集団運動 / PCET

研究概要

本研究の目的は、プロトン移動反応と結合した電子移動反応(PCET)の実時間解析である。その目的のため、近年申請者が提案している新規量子分子動力学理論(QCD法)を発展させ、その応用計算としてQM/MM法を用いた(非)プロトン溶媒下でのピレン-デオキシウリジンの分子内電荷移動におけるプロトンの運動の役割の解明を行った。プロトン溶媒中では、溶質と溶媒の間の水素結合による寄与が電子移動を活性化する原因と成る事が明らかとなった。また、QCD法の適用範囲を広げるため、理論の更なる深化とそのプログラム開発を行った。DNA塩基対間の水素移動反応における量子効果の役割を明らかにした。さらに、生体内で起こる電子結合プロトン移動反応の理論解析を通じ、タンパク質環境場が複数のプロトン化状態のエネルギーを拮抗させる事により、効率的にプロトン輸送を行える様にしているメカニズムを提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of Mercury (II) on Structural Properties, Electronic Structure and UV Absorption Spectra of Thymine-Mercury (II)-Thymine Nucleobase Pair Containing Duplex (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Miyachi, T. Matsui, Y. Shigeta, K. Hirao
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 12 ページ: 909-917
• [雑誌論文] Molecular Theory Including Quantum Effects and Thermal Fluctuations (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 82 ページ: 1323-1340
• [雑誌論文] Sequence-dependent Proton-transfer Reaction in Stacked GC Pair II: The Origin of Stabilities of Proton-transfer Products (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Matsui, T. Sato, Y. Shigeta, K. Hirao
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 478 ページ: 238-242
• [雑誌論文] Theoretical Studies on Sulfur and Metal Cation (Cu(II), Ni(II), Pd(II), and Pt(II))-Containing Artificial DNA (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Matsui, H. Miyachi, Y. Nakanishi, Y. Shigeta Y. Kitagawa, M. Okumura, K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 113 ページ: 12790-12795
• [雑誌論文] Sequence Dependent Proton-transfer Reaction in Stacked GC Pair I: The Possibility of Proton-transfer Reactions (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Matsui, T. Sato, Y. Shigeta
  • 雑誌名: International Journal of Quantum Chemistry 109 ページ: 2168-2177
• [雑誌論文] Effects of Hydrogen-Bonding Environments on Protonation States around the Entrance of Proton Transfer Pathways in Cytochrome c Oxidase (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kamiya, Y. Shigeta, A. Oshiyama
  • 雑誌名: AIP Conference issue 1102 ページ: 257-261
• [雑誌論文] Quantal Cumulant Dynamics for Dissipative Tunneling, selected papers from ICNAAM 2007 and (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 雑誌名: AIP Conference Issue 963,1046 ページ: 1371-1374,48-51
• [雑誌論文] Structural Origin of Copper Ion Containing Artificial DNA: A Density Functional Study (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Matsui, H. Miyachi, T. Sato, Y. Shigeta, K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 112 ページ: 16960-16965
• [雑誌論文] Correlation Functions in Quantized Hamilton Dynamics and Quantal Cumulant Dynamics (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.V. Pereverzev, A. Pereverzev, Y. Shigeta, O.V. Prezhdo
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 129 ページ: 144104,7
• [雑誌論文] Dynamic Quantum Isotope Effects on Multiple Proton Transfer Reactions (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta, H. Miyachi, T. Matsui, K. Hirao
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 81 ページ: 1230-1240
• [雑誌論文] Quantal Cumulant Dynamics III: A Quantum Confinement Under a Magnetic Field (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 461 ページ: 310-315
• [雑誌論文] Distribution Function in Quantal Cumulant Dynamics (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 128 ページ: 161103,4
• [学会発表] Structural Stability of Artificial DNA: Theoretical Study (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 学会等名: 第4回ACCMS-VO国際会議
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2010-01-17
• [学会発表] Energetics at an Entrance Part of Proton Transfer Pathway (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 学会等名: 3rd. International Conference of Computational Science [INVITED]
  • 発表場所: Indonesia
  • 年月日: 20091027-20091028
• [学会発表] Electron Conduction of Metal Containing Artificial DNA (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 学会等名: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering 2009 [INVITED]
  • 発表場所: Greece
  • 年月日: 20090929-20091004
• [学会発表] Energy Compensation Mechanism for Protonation States of a Asp-His Pair at Entrance of D pathway in Cytochrome c Oxidase (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 学会等名: International Meeting of Metalloprotein Functions [INVITED]
  • 発表場所: Japan
  • 年月日: 20090731-20090801
• [学会発表] 金属蛋白質の触媒反応の理論解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 重田育照、神谷克政
  • 学会等名: 第47回生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島文理大学・アスティとくしま
  • 年月日: 2009-10-31
• [学会発表] Side-on型配位遷移金属錯体の反応解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 重田育照、宮地秀明
  • 学会等名: 第104回触媒討論会
  • 発表場所: 宮崎大学
  • 年月日: 2009-09-29
• [学会発表] 蛋白質の立体構造・電子状態・生物機能の間の相関関係の研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 神谷克政、重田育照
  • 学会等名: 第64回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-28
• [学会発表] 量子ゆらぎと熱ゆらぎの動的分子理論 (2009)
  • 著者名/発表者名: 重田育照
  • 学会等名: 第89回日本化学会年会
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] Structural Stability of Artificial DNA: Theoretical Study (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 学会等名: 第3回ACCMS-VO国際会議
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2009-02-17
• [学会発表] Quantum Dynamics in Terms of Cumulant (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 学会等名: Theory and Application in Computational Chemistry 2008 [INVITED]
  • 発表場所: China
  • 年月日: 20080922-20080927
• [学会発表] Quantum Mechanics in Terms of Cumulant (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta
  • 学会等名: 13th Quantum Systems in Chemistry and Physics [INVITED]
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20080706-20080712
• [学会発表] 金属イオンを含む人工DN Aの理論的研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Matsui
  • 学会等名: 第2回分子科学討論会
  • 発表場所: 福岡サンパレス
  • 年月日: 2008-09-24
• [学会発表] キュミュラントによる量子動力学 (2008)
  • 著者名/発表者名: 重田育照
  • 学会等名: 第11回理論化学討論会
  • 発表場所: 慶応大学
  • 年月日: 2008-05-22
• [図書] Quantum Theory in Terms of Cumulant Variables (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigeta, H. Miyachi, T. Matsui, N. Yokoyama, K. Hirao
  • 総ページ数: 3-34
  • 出版者: Springer
• [図書] Single-reference Methods for Excited States in Molecules and Polymers (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Hirata, P. -D. Fan, T. Shiozaki, Y. Shigeta
  • 総ページ数: 15-64
  • 出版者: Springer
• [備考]
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/GCOE/japanese/pico_intro/shigeta/Site/Home.html