DNA2重螺旋におけるCircular Dichroismの理論分光

DNA双螺旋圆二色性的理论光谱

基本信息

批准号：
19029023
负责人：
長谷川淳也
金额：
$ 1.02万
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：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

量子・古典論を組み合わせた計算手法を開発し、同方法を光機能性蛋白質の励起状態に応用した。レチナール蛋白質はヒトの視覚やバクテリアのプロトンポンプ等で重要な機能を果たすが、蛋白質の環境に応じて、大きく光吸収エネルギーを変化させることが知られている。今回、我々の方法によりレチナール蛋白質の光吸収エネルギーを定量的かつ系統的に計算することに初めて成功した。これにより、レチナール蛋白質の光吸収特性に関する定量的な解析を行うことができた。種々のレチナール蛋白質における励起エネルギーを色素の構造ひずみ、蛋白質の静電的環境、カウンターイオンとの量子的相互作用の3点に分割して解析を行った。その結果、蛋白質との静電的な相互作用がスペクトル・チューニングに最も重要な役割を果たすことが明らかになった。レチナール蛋白質の励起状態は分子内電荷移動性が強いため、蛋白質による静電的な環境を敏感に反映する。レチナール結合サイトの静電環境は蛋白質により異なるため、多様な光吸収エネルギー示す原因になっている。蛍の蛍光色は発色団であるオキシルシフェリンによる。オキシルシフェリンの発光色は化学発光に関する実験結果を基に、ケト・エノール互変異性により説明されてきた。しかし、近年、エノール型への変換が抑制されたケト型オキシルシフェリンの生物発光において、通常の黄緑色発光が観測されて、従来説が疑問視されてきた。我々の方法を蛍の発光に応用し、北アメリカ蛍のケト型ルシフェリンが、化学発光では赤色、生物発光では黄緑色発光することを理論計算により示した。基底・励起状態の電荷分布と蛋白質の静電ポテンシャルの相互作用が発光色の変化に重要な寄与をしていることが明らかになった。更にこの結果を基に、ルシフェリンの分子設計を行った。アミノ酸残基を置換することにより活性中心の静電場を制御し、赤オレンジ色の発色を示すと期待されるミューテーション実験を提案した。

开发了一种结合量子和经典理论的计算方法，该方法应用于光功能蛋白的激发态。视网膜蛋白在人类视觉和细菌质子泵中发挥重要作用，但已知会根据蛋白质环境显着改变光吸收能。这次，我们使用我们的方法成功地定量和系统地计算了视网膜蛋白的光吸收能。这允许对视网膜蛋白的光吸收特性进行定量分析。各种视网膜蛋白的激发能分为三个点：染料的结构应变，蛋白质的静电环境以及与反离子的量子相互作用。结果表明，与蛋白质的静电相互作用在光谱调整中起着最重要的作用。视网膜蛋白的激发状态具有强分子内电荷转移，这敏感地反映了蛋白质引起的静电环境。视网膜结合位点的静电环境取决于蛋白质，从而显示各种光吸收能。萤火虫的荧光颜色是由黄核酸蛋白引起的。酸酸酸酯的发光色通过化学发光的实验结果来解释了酮烯醇互变异分解。然而，近年来，在酮型羟基糖蛋白的生物发光中观察到了正常的黄绿色发光，该酮型氧基蛋白已被抑制为转化为烯醇类型，并且对常规理论进行了质疑。使用我们的方法来发光萤火虫，我们通过理论计算证明了来自北美萤火虫的酮型荧光素叶片在化学发光和生物发光中发出红色。已经揭示了地面和激发状态电荷分布与蛋白质的静电电位之间的相互作用有助于发光颜色的变化。此外，根据这些结果，我们进行了荧光素的分子设计。我们提出了一个突变实验，该突变实验有望通过替换氨基酸残基并表现出红色橙色颜色发育来控制活性中心的静电场。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Color-tuning in Photobiology: A SAC-CI study(招待講演)

光生物学中的色彩调节：SAC-CI 研究（特邀演讲）

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
H.Nakashima;J.Hasegawa;H.Nakatsuji;J. Hasegawa;長谷川淳也;J. Hasegawa;長谷川淳也;J. Hasegawa;J. Hasegawa;J. Hasegawa
通讯作者：
J. Hasegawa

Exploring Photobiology with the SAC-CI method(招待講演)

用 SAC-CI 方法探索光生物学（特邀演讲）

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
H.Nakashima;J.Hasegawa;H.Nakatsuji;J. Hasegawa;長谷川淳也;J. Hasegawa;長谷川淳也;J. Hasegawa;J. Hasegawa;J. Hasegawa;J. Hasegawa
通讯作者：
J. Hasegawa

紅色光合成細菌の反応中心の励起状態と電子移動:電子理論による研究(依頼講演)

紫色光合细菌反应中心激发态与电子转移：基于电子理论的研究（特邀报告）