光合成超分子複合体における光エネルギー伝達ダイナミクスの理論的解明

光合超分子复合物中光能传递动力学的理论阐明

基本信息

批准号：
22K05022
负责人：
東雅大
金额：
$ 2.66万
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：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

光合成系における最初のステップは、光捕集アンテナと呼ばれるタンパク質による光エネルギーの吸収および反応中心への伝達である。光捕集アンテナは、内部に含まれる色素の励起エネルギーの大きさと揺らぎを適切に制御することで、高効率なエネルギー移動を達成しているが、その詳細はよく分かっていない。本研究課題では、光捕集アンテナから反応中心への高効率な光エネルギー伝達機構を分子論的に明らかにすることを目的とする。本年度は、主に紅色細菌の光捕集アンテナLH2の電子励起状態を解析するための手法開発を行った。LH2はB800とB850と呼ばれる吸収エネルギーの異なる2つの色素リングを内包する。このうち、色素間の間隔が離れたB800については、これまで我々が開発してきた色素の励起エネルギーの大きさと揺らぎを効率的に解析可能な計算手法により、吸収スペクトルを適切に記述できることが明らかになった。一方、色素同士が隣接したB850では吸収スペクトルが再現できず、これまで考慮していた色素の局所励起状態に加えて、色素間の電荷移動状態を考慮する必要があることが明らかになった。そこで、電荷移動状態を取り込むためにハミルトニアンを拡張し、テスト計算を行ったところ良好な結果を得た。今後も引き続き手法開発を進める予定である。また、隣接した色素のポテンシャル関数を効率的に記述可能な計算手法の開発も進めた。隣接した色素の各原子間の距離に対して主成分分析で次元数を削減して誤差を回帰分析することで、小さなモデル系では良好な結果を得た。今後はクロロフィル色素のような大きな系に適用する予定である。

光合作用系统的第一步是被称为光捕获天线的蛋白质吸收光能并将其传输到反应中心。光捕获天线通过适当控制内部染料的激发能量的大小和波动来实现高效的能量传输，但具体细节尚不清楚。该研究项目的目的是从分子角度阐明从集光天线到反应中心的高效光能传递机制。今年，我们主要开发了一种分析紫色细菌光捕获天线LH2电子激发态的方法。 LH2 包含两个具有不同吸收能量的染料环，称为 B800 和 B850。其中，很明显，对于染料之间距离较远的 B800，可以使用我们开发的计算方法适当地描述吸收光谱，该方法使我们能够有效地分析激发能的大小和波动染料变成了。另一方面，在B850中，当染料彼此相邻时，无法再现吸收光谱，并且清楚的是，除了迄今为止所考虑的染料的局部激发态之外，有必要考虑染料之间的电荷转移状态。因此，我们将哈密顿量扩展为包含电荷转移态并进行了测试计算，得到了良好的结果。我们计划将来继续开发这种方法。我们还开发了一种计算方法，可以有效地描述相邻染料的潜在功能。通过使用主成分分析和相邻染料每个原子之间的距离的误差回归分析来减少维数，对于小型模型系统获得了良好的结果。未来，我们计划将该方法应用于叶绿素颜料等大型系统。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

量子化学計算と分子動力学シミュレーションによる光捕集複合体の理論解析

使用量子化学计算和分子动力学模拟对光捕获复合物进行理论分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
酒井祐輔;山本典史;東雅大;飯田凌生，佐藤啓文，東雅大;Masahiro Higashi;東雅大
通讯作者：
東雅大

凝縮系の化学反応ポテンシャル関数の開発と応用

凝聚态化学反应势函数的开发与应用

DOI：
10.11436/mssj.24.32
发表时间：
2022
期刊：
Ensemble
影响因子：
0
作者：
酒井祐輔;山本典史;東雅大
通讯作者：
東雅大

紅色細菌の反応中心色素の励起状態の分子動力学シミュレーションによる解析

利用分子动力学模拟分析紫色细菌反应中心色素的激发态

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
酒井祐輔;山本典史;東雅大;飯田凌生，佐藤啓文，東雅大
通讯作者：
飯田凌生，佐藤啓文，東雅大

Theoretical analysis of the excited states of donor-acceptor-linked molecules in condensed phases

凝聚相供体-受体连接分子激发态的理论分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
酒井祐輔;山本典史;東雅大;飯田凌生，佐藤啓文，東雅大;Masahiro Higashi
通讯作者：
Masahiro Higashi

凝縮系の励起状態反応ダイナミクスの理論解析

凝聚态物质激发态反应动力学的理论分析

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takao Otsuka;Makoto Taiji;David R. Bowler;Tsuyoshi Miyazaki;Masahiro Higashi;東　雅大
通讯作者：
東　雅大

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2019
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通讯作者：
Masahiro Higashi

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0
作者：
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通讯作者：
東雅大

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Yoshiki Toma;Masataka Kunigami;K-jiro Watanabe;Masahiro Higashi;Satoru Arimitsu;東雅大;仲　啓志，東　雅大，佐藤　啓文;比嘉未香子，東雅大;Masahiro Higashi;東雅大
通讯作者：
東雅大

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DOI：
发表时间：
2020
期刊：
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0
作者：
H. Sato;M. Takatori;H. Okajima;S. Higashibayashi;H. Sakurai;A. Sakamoto;Ikemoto Koki;東雅大;高橋慎太郎・中田憲男・石井昭彦
通讯作者：
高橋慎太郎・中田憲男・石井昭彦