生体分子中の電子移動とプロトン移動の微視的理論とシミュレーション

生物分子中电子和质子转移的微观理论与模拟

• 批准号: 18031021
• 负责人: 安藤 耕司
• 金额: $ 3.46万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18031021/
• 关键词: 生体分子; エネルギー変換; 電子移動; 励起状態ダイナミクス; プロトン輸送; 理論化学; 量子動力学; 非断熱遷移; 金属蛋白質; 光反応

タイプIに属する電子伝達銅タンパク質であるプラストシアニンについて、非経験的分子軌道計算と分子動力学シミュレーションを組み合わせた微視的解析を行い、近年報告された超高速ポンプ・プローブ分光と共鳴ラマン散乱の実験結果と比較しながら議論した。結果を要約すると、(1)Cu-S(Cys)結合伸縮、N(His)-Cu-N(His)変角振動、およびS(Cys)-Cu-N(His)2ピラミッド構造の屈曲運動の3つの分子運動が、基底状態から配位子金属間電荷移動(LMCT)励起状態への励起に最も強く結合する。(2)LMCT状態と基底状態の間のエネルギーギャップは、平均において約8kcal/molよりも近付くことはなく、光励起状態からの失活は、まずd-d励起状態とその下の第一励起状態を経てから、基底状態へ緩和すると予想される。これは、超高速ポンプ・プローブ分光から示唆された結果と整合している。(3)上記の第一回目のポテンシャル交差の後、約500フェムト秒でコヒーレントな回帰が見られ、再度交差点に近づく。この動力学的振舞いは、Cu-S(Cys)結合の開裂とそれに伴うN(His)-Cu-N(His)構造の反作用的応答と最もよく相関する。(4)約500フェムト秒以後は、エネルギーギャップの動力学は乱雑化され、統計平均後には平坦な経時変化を示す。しかしながら、平均化される前の個々の軌道には、ポテンシャル交差を引き起すに十分な大きさの揺らぎが見られる。すなわち、この時間領域では、ランダムな熱的揺らぎによって失活が起こることが示唆される。

In recent years, we have reported on the analysis of ultra-high-speed spectroscopic resonance and the comparison of the results of non-quantum molecular orbital calculations and molecular dynamics. The results are as follows: (1)Cu-S(Cys) bond stretching, N(His)-Cu-N(His) angular vibration, S(Cys)-Cu-N(His)2 bond structure buckling motion, molecular motion, substrate state, ligand intermetallic charge transfer (LMCT) excitation state, excitation state, and strongest binding state. (2) The transition between LMCT state and substrate state is approximately 8kcal/mol on average, and the transition between photoexcited state and first excited state is approximately 8kcal/mol on average. The result of this experiment is that it is possible to integrate the optical spectrum of the ultra-high speed laser into the optical spectrum. (3)After the first round of the meeting, about 500 seconds later, the meeting was held again. The dynamics of the interaction between Cu-S(Cys) bonds and N(His)-Cu-N(His) bonds are discussed. (4)After about 500 seconds, the dynamics of the process change, and the statistical average changes. However, even though the previous trajectories have been averaged, there is still a great deal of uncertainty about the rise of complex interactions. The time domain is inactive.

项目成果

Semiquantal analysis of hydrogen bond

氢键的半定量分析

• 发表时间: 2006
• 期刊: The Journal of Chemical Physics 125
• 作者: H.;Takahashi,N. Matubayasi・M.;Nakano;安藤耕司;安藤 耕司
• 通讯作者: 安藤 耕司

Ligand-to-metal charge-transfer dynamics in a blue copper protein plastocyanin: A molecular dynamics study

• DOI: 10.1021/jp074822v
• 发表时间: 2008-01-17
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
• 影响因子: 3.3
• 作者: Ando, Koji

Ligand-to-metal charge transfer dynamics in blue copper protein: A molecular dynamics study

蓝铜蛋白中配体到金属的电荷转移动力学：分子动力学研究

• 发表时间: 2008
• 作者: H.;Takahashi,N. Matubayasi・M.;Nakano;安藤耕司;安藤 耕司;安藤耕司
• 通讯作者: 安藤耕司