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理論的手法による光受容タンパク質の吸収波長と分子機能の制御機構の解明

用理论方法阐明光感受器蛋白吸收波长和分子功能的控制机制

基本信息

批准号：
22KJ1109
负责人：
辻村真樹
金额：
$ 1.6万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、光受容タンパク質において最適な吸収波長と分子機能が同一のタンパク質環境で実現する機構を、分子構造の観点から明らかにすることである。本年度は当初の計画通り、色素を1つだけ持ち、比較的単純な構造を持つ微生物ロドプシン、フコキサンチン-クロロフィルa/cタンパク質複合体、photoactive yellow proteinを解析の対象とした。まずは機能発現に重要であるタンパク質内プロトン移動と色素の吸収波長の関係を明らかにするため、量子化学計算により、色素が形成する低障壁水素結合上で起こるプロトン移動に伴う色素の吸収波長変化を解析した。色素がプロトンを授受するプロトン移動に伴い吸収波長が連続的に変化することを明らかにするとともに、吸収波長変化の機構をプロトン移動に伴う分子軌道エネルギー変化から一般的に説明することができた。また光励起に4つの分子軌道が関わるクロロフィルcについて、プロトン化状態の変化に伴う吸収波長の変化が、光励起に2つの分子軌道が関わる色素とは異なる機構で起こることを明らかにした。次に機能が未解明であるヘリオロドプシンについて、その機能解明の手がかりになるタンパク質内プロトン移動について解析した。量子化学計算によりプロトン移動のエナジェティクスを評価することで、とりうるプロトン移動経路を明らかにした。また分子動力学法を用いることで、その経路上で起こるプロトン移動に伴う、細胞外側で起こるタンパク質構造変化や、細胞質側で誘起されるタンパク質の水素結合ネットワークの揺らぎを明らかにした。本研究成果はヘリオロドプシンの機能解明への手がかりになるものであると考えられる。

The purpose of this study is the same as the light tolerance, optimal absorption wavelength, and molecular function. The structure of the material environment and the structure of the molecular structure are the same. This year's original plan, pigments, and comparative simple structure and microorganismsシン, フコキサンチン-クロロフィルa/cタンパク Matter Complex, photoactive Yellow proteinをANALYSISの対imageとした. It is important to realize the function of the material, and it is important to understand the relationship between the movement of the intracellular material and the absorption wavelength of the pigment, the quantization and the quantization Calculate the formation of pigments, the combination of low barrier water and the movement of pigments, and the analysis of absorption wavelength changes of pigments. Pigments are transferred and transferred to the absorbing wavelength. , absorption wavelength change mechanism and movement of the molecular orbital and change of the molecular orbital general explanation.また光 excited に4つのmolecule orbital が关わるクロロフィルcについて、プロトン化state の変化に合うabsorption Wavelength changes, light excitation, molecular orbitals, pigments, and mechanisms. The unexplained functions of the sub-functions, the unexplained functions of the sub-functions明の手がかりになるタンパク性内プロトン Move についてanalytic した. Review of Quantum Chemistry Computing Technology価することで、とりうるプロトン手机経路を明らかにした.またMolecular dynamics method using いることで, その経路ででこるプロトンmoving に合う, outside the cell でるタンパThe structure of the cytoplasm changes, and the cytoplasmic side induces the formation of hydrogen-binding water in the cytoplasm. The result of this research is that the function of the はヘリオロドプシンの is explained by the への手がかりになるものであると考えられる.