酵素触媒反応の原動力となる金属活性種と量子化学計算の新展開

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25410071
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 塩田 淑仁 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (70335991)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 金属錯体 / 量子化学計算 / 酸素活性化 / 遷移状態 / 電子状態

研究概要

酵素触媒反応の原動力となる金属活性種の電子構造およびその反応性について探索するため、量子化学計算による理論研究を展開する。酵素はメタン活性化などの困難な化学反応を常温常圧で高選択的に触媒しており、これらの生体反応は主にタンパク質環境下にある金属活性点で起こる。反応素過程で生成する中間体のスピン状態変化およびタンパク質中の電子移動が、金属の関与する酵素触媒反応を理解するための鍵となる。量子化学計算は有効な研究手段となる。本研究では、反応性に関する理解を飛躍的に深めるため、金属活性種の生成およびそれに関与する電子移動について理論的に研究し、反応の活性制御を目指す.本年度までに研究の目的である金属酵素の二核銅活性点による反応がほぼ明らかとなった。とくにメタン酸化酵素がどのように安定なメタンを活性化させるかを理論的に解明した。これらの結果は学会発表、論文投稿を通じて公開された。これらの知見をもとに他の金属酵素についても同様の解析を今後行う予定である。

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

当初の想定より研究が進展し、学会や論文誌に成果を発表した。

今後の研究の推進方策

特に問題点が発生していないため、研究計画にのっとり研究を遂行する。

研究成果

• [雑誌論文] A light-induced spin crossover actuated single-chain magnet (2013)
  • 著者名/発表者名: Liu, T.; Zheng, H.; Kang, S.; Shiota, Y.; Hayami, S.; Mito, M.; Sato, O.; Yoshizawa, K.; Kanagawa, S.; Duan, C.
  • 雑誌名: Nature Commun 巻: 4 ページ: 2826
  • DOI: 10.1038/ncomms3826
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-step spin crossover accompanied by symmetry breaking in an Fe III complex: Crystallographic evidence and DFT studies (2013)
  • 著者名/発表者名: Li, Z.-Y.; Dai, J.-W.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Kanegawa, S.; Sato, O.
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal, 巻: 19 ページ: 12498-112952
  • DOI: 10.1002/chem.201302272
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational Prediction for Singlet- and Triplet-Transition Energies of Charge-Transfer Compounds (2013)
  • 著者名/発表者名: Huang, S.-P.; Zhang, Q.; Shiota, Y.; Nakagawa, T.; Kuwabara, H.; Yoshizawa, K.; Adachi, C.
  • 雑誌名: Journal of Chemical Theory and Computation 巻: 9 ページ: 3872-3877
  • DOI: 10.1021/ct400415r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Tyrosine Residue in Methane Activation at the Dicopper Site of pMMO: A DFT Study (2013)
  • 著者名/発表者名: Shiota, Y.; Juhász, G.; Yoshizawa, K.
  • 雑誌名: Inorganic. Chemistry 巻: 52 ページ: 7907-7917
  • DOI: 10.1021/ic400417d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiply-Fused Porphyrins―Effects of Extended π-Conjugation on the Optical and Electrochemical Properties (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishizuka, T.; Saegusa, Y.; Shiota, Y.; Ohtake, K.; Yoshizawa, K.; Kojima, T.
  • 雑誌名: Chemical Communication 巻: 49 ページ: 5939-5941
  • DOI: 10.1039/C3CC42831A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete Photochromic Structural Change of Ruthenium(II)-Diimine Complexes Based on the Control of the Excited States by Metallation (2013)
  • 著者名/発表者名: Sawaki, T.; Ishizuka, T.; Kawano, M.; Shiota, Y.; Yoshizawa, Y.; Kojima T.
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 19 ページ: 8978-8990
  • DOI: 10.1002/chem.201300437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heteronuclear RuIIAgI complexes having a pyrroloquinolinequinone derivative as a bridging ligand (2013)
  • 著者名/発表者名: Mitome, H.; Ishizuka, T.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Kojima, T.
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry, 巻: 52 ページ: 2274-2276
  • DOI: 10.1021/ic302617b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thiophene-Fused Bisdehydro[12]annulene that Undergoes the [2+2] Alkyne Cycloaddition by Either Light or Heat (2013)
  • 著者名/発表者名: Fukazawa, A.; Oshima, H.; Shiota, Y.; Takahashi, S.; Yoshizawa, K.; Yamaguchi, S.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 135 ページ: 1731-1734
  • DOI: 10.1021/ja3126849
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydroxylation by Soluble Methane Monooxygenase (sMMO): Effects of Oxidation State, Spin State, and Coordination Number (2013)
  • 著者名/発表者名: Huang, S.-P.; Shiota, Y.; Yoshizawa,
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 42 ページ: 1011-1023
  • DOI: 10.1039/C2DT31304A
  • 査読あり
• [学会発表] スピンクロスオーバー錯体におけるポテンシャルエネルギー曲面の 交差に関する理論的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁
  • 学会等名: 日本化学会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] スピンクロスオーバー錯体におけるポテンシャルエネルギー曲面の 交差に関する理論的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁
  • 学会等名: 分子科学会
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 20131024-20131027
• [学会発表] pMMOによるメタン活性化に関する理論的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 20131018-20131019
• [備考] 研究業績
  • URL: http://trout.scc.kyushu-u.ac.jp/yoshizawaJ/pagesJ/publicationsJ.html