Theoretical study of efficient excitation energy transfer in light-harvesting antenna of higher plants

点击翻译按钮获取中文摘要

LHCIIは三量体タンパク質であり、その単量体はそれぞれ8個のクロロフィル（Chl）aと6個のChl bを含む。励起エネルギー移動（EET）は、これらのChl分子を介して行われる。したがって、EETのダイナミクスを分子レベルで調べるには、LHCIIの中で異なる環境に存在するクロロフィル（Chl）aやChl bの励起エネルギーとその揺らぎに関する情報が不可欠である。このような複雑な系の中のChl分子の電子状態の解析には、(時間依存)密度汎関数理論（(TD)DFT）計算が用いられる。まず、2021年度に、局所環境の違いによるChl aおよびChl bの励起エネルギーを適切に計算することを目的に、複数の溶媒中のChl aおよびChl bの励起エネルギーを再現するための(TD)DFT計算に用いるパラメータを最適化し直した。EETダイナミクスの分子論的解析には各色素の励起エネルギーの揺らぎも必要であり、そのために、分子動力学（MD）計算を行う必要がある。しかし、通常のMD計算に用いるパラメータにより、Chl aおよびChl bの分子内・分子間相互作用および励起エネルギーを正確に記述することはできない。これまでに、我々は適切な電子状態計算を再現することのできるMD計算に用いるパラメータを求める手法を開発してきた。そこで、2022年度においては、MD計算によりLHCII中の全ての色素分子の構造を非常に多く発生させ、それらの構造における色素分子の基底・励起状態の(TD)DFT計算を再現するパラメータを決定した。これらの解析に加え、LHCII内の色素分子間の電子相互作用の決定も進めている。これら全てのパラメータが決定すれば、適切な量子化学計算を再現するMD計算を行うことが可能となり、LHCII系のEETダイナミクスの解析に必要となる全ての分子論的情報を得ることが可能となり、最終的に、効率的EETダイナミクスの分子論的機構の解明が可能となる。