光合成エネルギー移動ダイナミクスを制御するタンパク質構造の揺らぎと変化について

光合成光捕獲系における電子エネルギー移動に関して、単一の色素タンパク質複合体に関しては非常に詳細な研究が押し進められてきた。理論研究に関しても、単一の光捕獲タンパク質"内"に内包される色素の電子励起エネルギー移動ダイナミクスに関しては精度の高い記述が可能となってきた。しかし通常、太陽光を吸収する事で誘起される電子励起は複数の光捕獲系タンパク質"間"を遍歴した後に反応中心に辿り着く。ところが、そのような電子励起エネルギー移動のフル量子ダイナミクス計算はコストが非常に高く、また、仮に可能であったとしても、計算結果から高い量子収率で起こるエネルギー移動とその外界変動に応じた制御機構に関して洞察・理解を得ることは難しいのが現状である。本年度は、より複雑で大きな超複合体における電子励起エネルギー移動ダイナミクスとその制御の理解に向けて、量子的非局在化効果と古典的拡散過程を分離して扱う generalized Forster theory または multichromophoric Forster theoryの適応範囲や妥当性を量子マスター方程式の枠組みで調べ、光捕獲系タンパク質“間”のエネルギー移動における色素電子励起の量子的非局在化効果とそれを取り囲むタンパク質が誘起する揺らぎに関して解析を行った。並行して、単一の色素タンパク質複合体に関しても、平衡構造まわりの揺らぎの大きさや異方性の分布・タンパク質全体の協同的な運動に対応する低振動数モードの分布とタンパク質に内包される色素分子の位置との相関解析を進めている。

光合成光捕獲系における電子エネルギー移動に関して、単一の色素タンパク質複合体に関しては非常に詳細な研究が押し進められてきた。理論研究に関しても、単一の光捕獲タンパク質"内"に内包される色素の電子励起エネルギー移動ダイナミクスに関しては精度の高い記述が可能となってきた。しかし通常、太陽光を吸収する事で誘起される電子励起は複数の光捕獲系タンパク質"間"を遍歴した後に反応中心に辿り着く。ところが、そのような電子励起エネルギー移動のフル量子ダイナミクス計算はコストが非常に高く、また、仮に可能であったとしても、計算結果から高い量子収率で起こるエネルギー移動とその外界変動に応じた制御機構に関して洞察・理解を得ることは難しいのが現状である。本年度は、より複雑で大きな超複合体における電子励起エネルギー移動ダイナミクスとその制御の理解に向けて、量子的非局在化効果と古典的拡散過程を分離して扱う generalized Forster theory または multichromophoric Forster theoryの適応範囲や妥当性を量子マスター方程式の枠組みで調べ、光捕獲系タンパク質“間”のエネルギー移動における色素電子励起の量子的非局在化効果とそれを取り囲むタンパク質が誘起する揺らぎに関して解析を行った。並行して、単一の色素タンパク質複合体に関しても、平衡構造まわりの揺らぎの大きさや異方性の分布・タンパク質全体の協同的な運動に対応する低振動数モードの分布とタンパク質に内包される色素分子の位置との相関解析を進めている。