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ＱＭＭＭ法による光化学系ＩＩのＳサイクルにおける酸化還元電位の計算と反応経路解析

利用QMMM方法计算光系统II S循环中的氧化还原电位和反应路径分析

基本信息

批准号：
16J02027
负责人：
鈴岡大樹
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J02027/
关键词：
QM/MM法自由エネルギー計算溶液論光化学系II 酸素発生複合体

项目摘要

酸素発生型光合成は、生物・化学の両面で古くから研究されてきた。これまでに、光化学系II(PSII)と呼ばれるタンパク質内に存在するMnクラスター（OEC）が触媒として働き、酸素発生反応が進行することが判明している。実験から、OECは4回の光吸収で5つの異なる酸化状態(Si (i = 0-4))を経て、酸素分子を1分子放出する反応モデル(S状態モデル)が提案されているが、その反応機構は未解明である。我々はこの問題に取り組むため、PSII単量体を顕に扱ったQM/MMシミュレーションを実行した。この時、OEC及びその近傍を量子力学的に扱い、その他のペプチド鎖や小分子を古典力学で記述した。これにより、タンパク質が作る電場を考慮した自由エネルギー計算が可能になる。本研究では、構造がほぼ確定したS1状態に注目し、OECが酸化されてS2状態に変化する際の自由エネルギー変化を計算した。さらに、PSIIタンパク質の溶媒効果を検証するため、気相中で計算されたOECの酸化自由エネルギーと比較した。S1状態においてOECの構造を固定したまま一電子酸化させた際の自由エネルギー変化は、気相中の値(172.5 kcal/mol)と比べてPSIIタンパク質中で50 kcal/mol程度小さくなることが確かめられた。また、S1→S2遷移に伴う自由エネルギー変化の実験値が約120 kcal/molなのに対し、気相中では142.1 kcal/molと計算された。従って、PSII環境下では酸化自由エネルギーが低下し、酸化後のOECの構造変化に伴う自由エネルギー変化が軽減されることが予測された。以上から、PSIIタンパク質の溶媒効果により、OECからその酸化還元ペアであるチロシン残基へ電子が移動する際の活性化自由エネルギーが減少し、電子移動速度が著しく増大することが推測された。

Acid "biotype photosynthesis", biochemical research, ancient research, and biochemical research. II (PSII) of the Department of Photochemistry and II (PSII) of the Department of Photochemistry reported that there was a Mn catalyst (OEC) in the photochemistry system, and the acid reagent was used to determine the temperature. Light absorption (Si), OEC (I = 0-4), acid molecule (S), acid molecule (I = 0-4), acid molecule, acid molecule and acid molecule. We need to ask you some questions, such as the organization, the PSII, the QM/MM, the phone, the phone, the line. In recent years, OEC and other methods of quantum mechanics have been used to analyze the classical mechanics of small molecules. It may be difficult to calculate the number of people involved in the calculation of computer science and technology. In this study, we made sure that the S1 status was monitored, and that OEC acidified, S2, acidified, free, adjusted, calculated and calculated. In the phase of calculation, the free acidification of OEC, the free acidizing agent, the solvent, the phase, the free acidizing agent, the free acidizing agent and the solvent. The S1 status of the OEC system is lower than that of 50 kcal/mol in the PSII temperature field. The temperature in the phase (172.5 kcal/mol) is lower than that in the temperature field. The transfer of S1 and S2 will be accompanied by a free transition of about 120 kcal/mol and a calculation of 142.1 kcal/mol in the phase. In the environment of carbon dioxide and PSII, the free temperature of acidizing is low, and the acidizing of OEC after acidizing is accompanied by the reduction of temperature and temperature. The above-mentioned, PSII-sensitive solvents are sensitive, OEC-based acidified and the residues are activated, free and fast, and the speed of moving electrons is very fast.