2015 Fiscal Year Research-status Report
分子シミュレーションによる生体分子系における励起エネルギー移動の理論的解明
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26810008
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
東 雅大 琉球大学, 理学部, 助教 (20611479)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 理論化学 / 光捕集アンテナ / 励起エネルギー移動 / MDシミュレーション / FMOタンパク / EETダイナミクス / 励起子相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光合成系において反応中心に光エネルギーを伝達する役割を担う光捕集アンテナは、内部に複数の色素を持つ。光捕集アンテナは、この色素の励起状態を最適化することで、高速・高効率な励起エネルギー移動を達成している。しかし、タンパク質の微細な構造や揺らぎがどのようにそれを達成しているか全く明らかになっていない。本研究では実験・理論の両面で古くから広く研究されてきた光捕集アンテナであるFenna-Matthews-Olson(FMO)タンパクに着目する。FMOタンパク中の色素の励起エネルギーの大きさと揺らぎを解析するため、これまで我々は、色素の励起状態を適切に記述可能な量子化学計算手法およびFMOタンパク中の色素の大きさと揺らぎを解析可能な手法を開発してきた。本年度はこれらの手法を用いて、2つの菌種Prosthecochloris aestuariiとChlorobium tepidum由来のFMOタンパク中の色素の励起エネルギーの大きさと揺らぎを解析した。この2種類のFMOタンパクは、互いに77%の類似性を持ち、色素周囲の残基も全て同じだが、低温での吸収スペクトルが大きく異なることが知られている。このことからFMOタンパク内の色素の励起エネルギーが異なることが示唆されているが、その分子論的起源についてはよく分かっていない。我々の解析の結果、僅かな残基の違いが色素の構造や電子状態に影響を与え、色素の励起エネルギーに大きな影響を与えることを明らかにした。現在、この結果を論文に投稿する準備を進めている。また、光捕集アンテナにおける励起エネルギー移動を理解するためには、色素間の励起子相互作用を計算する必要があるが、その計算には莫大な計算コストを必要とする。そこで、励起子相互作用を効率的に計算可能な手法を開発した。現在、この手法を用いてFMOタンパク中の色素間の励起子相互作用を解析中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は励起子相互作用を効率的に計算可能な手法を開発する予定だったが、この手法を開発しただけでなく、2つの菌種由来のFMOタンパクの励起エネルギーの違いの分子論的起源も明らかにした。したがって、当初の計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、本年度に開発した色素間の励起子相互作用を用いて、FMOタンパク中の色素の励起子相互作用の大きさと揺らぎを計算し、それらにおけるタンパク質の構造や揺らぎの影響を明らかにする予定である。
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Research Products
(4 results)
