权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

Understanding the enzymatic mechanisms of the oxygen-evolving complex based on theoretical X-ray spectroscopy

基于理论 X 射线光谱学了解放氧复合物的酶促机制

基本信息

批准号：
22K05035
负责人：
齋藤雅明
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

酸素発生複合体（OEC）は、光合成において酸素を発生させる重要なタンパク質複合体であり、その反応中心はMnクラスターと呼ばれるキュバン状化合物である。これは酸素発生に必要な電子を供給する役割を担っている。従ってMnクラスターの構造及び電子状態の解明は、水分解反応機構の詳細な理解のために非常に重要となる。Mnクラスターは「反強磁性結合」した複数の電子対を含む「強相関電子系」であり、その電子状態の高精度な決定には密度汎函数理論（DFT）などの単参照理論では不十分である。またMnクラスター周辺のタンパク残基等を含めた、実在的なMnクラスターモデル錯体は約250から成る大規模複雑系である。それ故、従来の高精度理論手法では計算が困難である。OEC等の大規模複雑系の電子状態を高精度に計算するために、スケーラブルかつ高精度な電子状態理論「LVMO-PNO-CASPT2法」を開発した[1]。本手法は、高精度多参照摂動理論（CASPT2法）をLVMO-PNO基底で展開した新規理論である。電子相関は、その物理的性質から「動的電子相関」と「静的電子相関」の二つの成分に大別される。OEC電子状態の定量的精度での解明には、それら両方の成分の高精度計算が必要となる。CASPT2法はこれら両方の取り込みが可能であるが、計算コストが高いため高々50原子系程度にしか適用できない。その一方で、LVMO-PNO-CASPT2法は、大幅にスケーラビリティが改善され、約450原子から成る大規模複雑系に適用可能である。またLVMO-PNO-CASPT2法の改良として、厳密に「大きさに関して無矛盾」なLVMO-PNO-NEVPT2法の開発も行なった[2]。[1] J. Chem. Phys. 157, 084101 (2022). [2] J. Chem. Phys. 158, 154110 (2023).

Acid production complex (OEC) is an important component in the production of acid in photosynthesis. The electron supply necessary for the production of the acid element is required. It is very important to understand the structure and electronic state of Mn and water decomposition reaction mechanism in detail. Mn is the antiferromagnetic bond, the complex electron pair, the strongly correlated electron system, the density functional theory (DFT), and the reference theory. A large number of complex systems have been developed, including Mn, Mn, Mn. Therefore, the high-precision theoretical method of calculation is difficult. The LVMO-PNO-CASPT2 method was developed for high-precision calculation of electronic states of large-scale complex systems such as OEC.[1] This method is based on the high-precision multi-reference dynamic theory (CASPT2 method). The physical properties of electron correlation vary from dynamic electron correlation to static electron correlation. It is necessary to calculate the composition of OEC with high accuracy for the quantitative accuracy of the electronic state. CASPT2 method is applicable to the calculation of the atomic system. LVMO-PNO-CASPT2 method is applicable to large-scale complex systems with a large number of atoms. The improvement of LVMO-PNO-CASPT2 method and the development of LVMO-PNO-NEVPT2 method are discussed. [1] J. Chem. Phys. 157, 084101 (2022). [2] J. Chem. Phys. 158, 154110 (2023).