生体分子の構造と光応答の相関に対する非断熱遷移動力学法によるアプローチ

生物分子结构与光响应之间相关性的非绝热转变动力学方法

• 批准号: 24550021
• 负责人: 石田 俊正
• 金额: $ 3.49万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2013-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-24550021/
• 关键词: ロドプシン; 光異性化; 反応動力学; シミュレーション; インドリルマレイミド

生体分子では、小さな構造の違いが大きな刺激応答の違いになって現れてくることがある。たとえば、ロドプシンとイソロドプシンとでは、クロモファオであるレチナール分子が11-cisであるか9-cisであるかの違いがあるのみであるのに、光応答性が大きく異なる。本研究ではこのような構造の相違による光応答の違いをわれわれの開発してきた、電子状態間の遷移を正確に考慮できるab initio動力学法を用いて解明していくことを目的とする。すでに、光応答性の違いを反応シミュレーションで再現し、その違いがクロモファアの動力学の違いによることを明らかにしていたが、その違いが、異性化の際にねじれの起こる位置のまわりのタンパク質による立体障害の違いに基づくことを、詳細なシミュレーション結果の解析から明らかにした。また、静的な反応経路から予測される捩れ運動よりも、実際の運動のほうがおおきくなることがあきらかになった。さらに、WeissとWarshelが提案した、励起状態でcis型とtrans型の構造変化が何度も起こり、trans型へと構造変化するときに励起状態から基底状態へ遷移するとtrans型ができるとするモデルは正しくなく、遷移の際のcis型、trans型への分岐比が重要であることを本研究は示した。ほかに、インドリルマレイミド誘導体の光異性化のシミュレーションを行い、二価アニオンが発光に関わっていることを明らかにした。本研究は事情により、１年で終了することになったが、構造－光応答の一般的な描像の確立に向けての一歩を踏み出せたと考えている。

在生物分子中，有时可以表现为刺激反应的较大差异。例如，视紫红质和异戊汀在光响应性上具有显着差异，尽管只有散发性视网膜分子为11-CIS或9-CIS之间的差异。这项研究旨在阐明由于使用Ab Itible动力学在结构上的差异而引起的光响应差异，该动力学可以准确考虑电子状态之间的过渡。在反应模拟中已经重现了光疗力的差异，并且发现差异是由于发色动力学的差异引起的，但是对详细模拟结果的分析表明，差异是基于蛋白质在异构化过程中发生扭转的位置周围蛋白质引起的蛋白质损害的差异。还揭示了实际运动大于静态响应途径预测的扭转运动。此外，Weiss和Warshel提出的模型指出，顺式和反式类型的结构变化在激发态下反复出现，并且当结构变化为反式类型时，当结构从激发状态变为基础状态时，创建了反式类型，并且这项研究表明，在过渡过程中，分支类型和Trans类型在过渡过程中很重要。此外，我们进行了对吲哚基酰亚胺衍生物的光异构化的模拟，以揭示二价阴离子参与发光。由于情况，这项研究将在短短一年内完成，但我们认为，它已经能够迈出一步，以建立结构轻度响应的一般形象。

项目成果

A non-adiabatic QM/MM trajectory approach to photoisomerization of rhodopsin and isorhodopsin. The origin of faster and more efficient isomerization in rhodopsin

视紫红质和异视紫红质光异构化的非绝热 QM/MM 轨迹方法。

• 发表时间: 2012
• 作者: CHUNG;Wilfredo Credo; ISHIDA;Toshimasa; NANBU;Shinkoh; NAKAMURA;Hiroki
• 通讯作者: Hiroki

QM/MM Trajectory Surface Hopping Approach to Photoisomerization of Rhodopsin and Isorhodopsin: The Origin of Faster and More Efficient Isomerization for Rhodopsin

• DOI: 10.1021/jp212378u
• 发表时间: 2012-07-19
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
• 影响因子: 3.3
• 作者: Chung, Wilfredo Credo;Nanbu, Shinkoh;Ishida, Toshimasa
• 通讯作者: Ishida, Toshimasa

Semiclassical Simulations of Nonadiabatic Chemical Dynamics

非绝热化学动力学的半经典模拟

• 发表时间: 2012
• 作者: Tomohiko Okada;Junpei Oguchi;Kenichiro Yamamoto;Takashi Shiono;Masahiko Fujita;Taku Iiyama;S. Yamada and H. Sekino;Shinkoh NANBU
• 通讯作者: Shinkoh NANBU

蛍光性分子の光化学動力学

荧光分子的光化学动力学

• 发表时间: 2012
• 作者: 村上龍大;Kondorskiy Alexey;石田俊正;南部伸孝
• 通讯作者: 南部伸孝

A model theoretical study on ligand exchange reactions of CooA

CooA配体交换反应的模型理论研究

• DOI: 10.1039/c3cp43253j
• 发表时间: 2014
• 期刊: Phys. Chem. Chem. Phys
• 作者: T. Ishida;S. Aono
• 通讯作者: S. Aono