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光合成酸素発生系の基質水分子結合過程の追跡

追踪光合产氧系统中底物水分子的结合过程

基本信息

批准号：
22K06160
负责人：
三野広幸
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06160/
关键词：
EPR 光合成酸素発生マンガンクラスター電子移動 ESR

项目摘要

光合成酸素発生反応は光化学系Ⅱタンパク質のマンガンクラスターで行われる。反応中間状態の分子構造はX線結晶構造解析により構造が解明されつつあるが、分子構造の解明だけでは酸素発生メカニズムは解明できない。現在の反応モデルの中心となっている量子化学計算では、プロトン１つの配置の違いで全く異なる電子状態、化学状態を導いてしまう。本申請研究では、磁気構造解析の結果と組み合わせることによりマンガンクラスターの分子構造、プロトン状態、電子状態の三者を統合する。本研究はマンガンクラスターの高酸化中間状態S2、S3の電子状態を電子スピン共鳴（ESR）により解析し、基質酸素原子の取り込み過程を解明することを目的としている。S2中間状態には構造異性体が存在する.低スピン状態(g=2)と高スピン状態(g=4)としてEPRで検出される信号に相当する。量子化学計算から、３つのマンガンと４つのマンガン１つのCaの立方体が開いたopen-cubaneと立方体が閉じたclosed-cubaneと呼ばれる分子構造が提唱されている。しかし、自由電子レーザーによる構造解析では今のところclosed-cubane構造は観測されておらず、機能と構造両面においてまだ謎となっている。最近では、open-cubane構造と主張する計算結果も報告されている。　また、申請者は別の高スピン状態(g=5)を発見しており、これらの高スピン状態の構造と機能との役割を明らかにするのが本研究の目標である。本年度はQM/MM計算（共同研究）によりg=4状態がclosed-cubane構造であることを明らかにした。　またQ-bandパルスEPRを用いてg=4とg=5の測定に成功した。これは当初期待していなかった結果であり、進展が期待できるため今後の研究の中心とする。g=4についての実験結果は論文として投稿中である。

Photosynthetic acid production reaction system II The molecular structure of the intermediate state is analyzed by X-ray crystal structure, and the molecular structure is analyzed by acid element generation. Now the center of the quantum chemistry calculation is different, the configuration of the quantum chemistry calculation is different, the electronic state and the chemical state are different. The present application studies the integration of molecular structure, electronic state and magnetic structure analysis results. The purpose of this study is to elucidate the electron resonance (ESR) of the electronic states S2 and S3 of the hyperacidified state of the matrix acid atom. S2 intermediate state is the existence of structural heteromorphism. Low state (g=2) and high state (g=4) correspond to EPR. Quantum chemical calculations: 3, 4, 1, Ca, cube, open-cube, closed-cube, molecular structure, etc. The structure analysis of free electrons is now a closed-cubane structure, and the structure analysis of free electrons is a closed-cube structure. The results of recent calculations of open-cubane structures are reported. The purpose of this study is to identify the applicant's high temperature state (g=5), structure, function, and service characteristics. This year QM/MM calculation (joint research) g=4 state Q-band EPR was successfully determined with g=4 and g=5. We are looking forward to the results and progress of future research. g=4