2024/03/20 更新

写真a

キムラ アキヒロ
木村 明洋
KIMURA, Akihiro
所属
大学院理学研究科 理学専攻 物理学第一 助教
大学院担当
大学院理学研究科
学部担当
理学部
職名
助教

学位 1

  1. 理学博士 ( 2001年3月   名古屋大学 ) 

研究キーワード 1

  1. 励起エネルギー移動

研究分野 2

  1. その他 / その他  / 生物物理・化学物理

  2. 自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理

経歴 4

  1. 三重大学   非常勤講師

    2017年10月 - 現在

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    国名:日本国

  2. 名古屋大学大学院理学研究科助教(物質理学専攻)

    2007年4月 - 現在

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    国名:日本国

  3. 名古屋大学大学院理学研究科助手(物質理学専攻)

    2002年4月 - 2007年3月

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    国名:日本国

  4. 科学技術振興事業団 計算科学技術研究員

    2001年4月 - 2001年9月

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    国名:日本国

学歴 2

  1. 名古屋大学   理学研究科

    1996年4月 - 2001年3月

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    国名: 日本国

  2. 京都産業大学   理学部

    1992年4月 - 1996年3月

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    国名: 日本国

所属学協会 5

  1. 日本植物生理学会

    2023年1月

  2. 日本光合成学会

    2019年5月

  3. 日本生物物理学会

  4. 日本物理学会

  5. アメリカ化学会

委員歴 5

  1. 日本生物物理学会   専門分野別委員  

    2024年1月 - 2024年12月   

  2. 日本生物物理学会   第61回 日本生物物理学会年会 実行委員会  

    2022年4月 - 2023年11月   

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    実行委員

  3. 日本物理学会領域12運営委員   運営委員  

    2019年10月 - 2020年9月   

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    団体区分:学協会

  4. 日本生物物理学会第50回年会 実行委員会   実行委員  

    2012年5月 - 2012年9月   

  5. 日本生物物理学会   専門分野別委員  

    2012年1月 - 2013年12月   

 

論文 26

  1. Experimental and Theoretical Mutation of Exciton States on the Smallest Type-I Photosynthetic Reaction Center Complex of a Green Sulfur Bacterium Chlorobaclum tepidum 査読有り

    Kimura, A; Kitoh-Nishioka, H; Kondo, T; Oh-oka, H; Itoh, S; Azai, C

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B   128 巻 ( 3 ) 頁: 731 - 743   2024年1月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acs.jpcb.3c07424

    Web of Science

    PubMed

  2. Polarizable Molecular Block Model: Toward the Development of an Induced Dipole Force Field for DNA 査読有り

    Nakagawa, S; Kimura, A; Okamoto, Y

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B   126 巻 ( 50 ) 頁: 10646 - 10661   2022年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c06227

    Web of Science

    PubMed

  3. Theoretical Model of the Far-Red-Light-Adapted Photosystem I Reaction Center of Cyanobacterium Acaryochloris marina Using Chlorophyll d and the Effect of Chlorophyll Exchange 査読有り

    Kimura, A; Kitoh-Nishioka, H; Aota, T; Hamaguchi, T; Yonekura, K; Kawakami, K; Shinzawa-Itoh, K; Inoue-Kashino, N; Ifuku, K; Yamashita, E; Kashino, Y; Itoh, S

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B   126 巻 ( 22 ) 頁: 4009 - 4021   2022年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c00869

    Web of Science

    PubMed

  4. Comparison between the Light-Harvesting Mechanisms of Type-I Photosynthetic Reaction Centers of Heliobacteria and Photosystem I: Pigment Site Energy Distribution and Exciton State 査読有り 国際誌

    Kimura, A; Kitoh-Nishioka, H; Shigeta, Y; Itoh, S

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B   125 巻 ( 15 ) 頁: 3727 - 3738   2021年4月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c09400

    Web of Science

    PubMed

  5. Excitonic Coupling on a Heliobacterial Symmetrical Type-I Reaction Center: Comparison with Photosystem I 査読有り

    Kitoh-Nishioka, H; Shigeta, Y; Itoh, S; Kimura, A

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B   124 巻 ( 2 ) 頁: 389 - 403   2020年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b11290

    Web of Science

    PubMed

  6. Theoretical Model of Exciton States and Ultrafast Energy Transfer in Heliobacterial Type I Homodimeric Reaction Center 査読有り

    Kimura, A; Itoh, S

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B   122 巻 ( 50 ) 頁: 11852 - 11859   2018年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society ({ACS})  

    DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b08014

    Web of Science

    PubMed

  7. Time-dependent renormalized Redfield theory II for off-diagonal transition in reduced density matrix 査読有り

    Akihiro Kimura

    Chemical Physics Letters   661 巻   頁: 70   2016年8月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.cplett.2016.08.053

  8. Time-dependent renormalized Redfield theory 査読有り

    Akihiro Kimura

    Chemical Physics Letters   645 巻   頁: 123   2015年12月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.cplett.2015.12.047

  9. Assignment of Exciton Domain in Light Harvesting Systems Based on the Variational Polaron Approach 査読有り

    Yuta Fujihashi, and Akihiro Kimura

    The Journal of Physical Chemistry B   119 巻   頁: 8349-8356   2015年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  10. Quantitative correction of the rate constant in the improved variational master equation for excitation energy transfer 査読有り

    Akihiro Kimura, Yuta Fujihashi

    The Journal of Chemical Physics   141 巻   頁: 194110   2014年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  11. Improved Variational Master Equation Theory for the Excitation Energy Transfer 査読有り

    Yuta Fujihashi, and Akihiro Kimura

    Journal of the Physical Society of Japan   83 巻 ( 1 ) 頁: 014801   2014年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  12. *General theory of excitation energy transfer in donor-mediator-acceptor systems 査読有り

    Akihiro Kimura

    The Journal of Chemical Physics   130 巻   頁: 154103   2009年4月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    General theory of the excitation energy transfer EET in the case of donor-mediator-acceptor
    system was constructed by using generalized master equation GME. In this theory, we consider the
    direct and indirect transitions in the EET consistently. Hence, our theory includes the quantum
    mechanical interference between the direct and indirect transitions automatically. Memory functions
    in the GME were expressed by the overlap integrals among the time-dependent emission spectrum
    of the donor, the absorption spectrum of the mediator, the time-dependent emission spectrum of the
    mediator, and the absorption spectrum of the acceptor. In the Markov limit of the memory functions,
    we obtained the rate of EET which consists of three terms due to the direct transition, the indirect
    transition, and the interference between them. We found that the interference works effectively in
    the limit of slow thermalization at the intermediate state. The formula of EET rate in this limit was
    expressed by the convolution of the EET interaction and optical spectra. The interference effect
    strongly depends on the width of the absorption spectrum of mediator molecule and the energy gap
    between the donor and the mediator molecules.

  13. *Advanced Theory of Excitation Energy Transfer in Dimers 査読有り

    A. Kimura and T. Kakitani

    J. Phys. Chem. A   111 巻   頁: 12042   2007年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Previously, we developed a unified theory of the excitation energy transfer (EET) in dimers, which is applicable
    to all of the cases of excitonic coupling strength (Kimura, A.; Kakitani, T.; Yamato, T. J. Phys. Chem. B
    2000, 104, 9276). This theory was formulated only for the forward reaction of the EET. In the present paper,
    we advanced this theory so that it might include the backward reaction of the EET as well as the forward
    reaction. This new theory is formulated on the basis of the generalized master equation (GME), without
    using physically unclear assumptions. Comparing the present result with the previous one, we find that the
    excitonic coupling strengths of criteria between exciton and partial exciton and between hot transfer and
    hopping (Fo¨rster) mechanisms are reduced by a factor of 2. The critical coherency èc is also reduced
    significantly.

  14. Interference, Fluctuation, and Alternation of Electron Tunneling in Protein Media 1. Two Tunneling Routes in Photosynthetic Reaction Center Alternate Due to Thermal Fluctuation of Protein Conformation.

    H. Nishioka, A. Kimura, T. Yamato, T. Kawatsu, T. Kakitani

    J. Phys. Chem. B   109 巻   頁: 1978   2005年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  15. Interference, Fluctuation, and Alternation of Electron Tunneling in Protein Media. 2. Non-Condon Theory for the Energy Gap Dependence of Electron Transfer Rate. 査読有り

    H. Nishioka, A. Kimura, T. Yamato, T. Kawatsu T. Kakitani

    J. Phys. Chem. B   109 巻   頁: 15621   2005年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  16. Fluctuating Hydration Structure around Nanometer-Size Hydrophobic Solutes. I. Caging and Drying around C60 and C60H60 Spheres. 査読有り

    T. Hotta, A. Kimura, M. Sasai

    J. Phys. Chem. B   109 巻   頁: 18600   2005年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  17. 液体のダイナミックスと非平衡物理学

    吉森明、(記録係:木村明洋、鳥飼正志、後藤振一郎)

      82 巻   頁: 357   2004年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(大学,研究機関等紀要)  

    本紀要は、2003年9月30日から10月2日の間に、名古屋大学大学院情報科学研究科にて行われた、九州大学理学研究科物理学部門の吉森明による「溶液のダイナミックスと非平衡物理学」というタイトルの集中講義の講義ノートである。

  18. *Theoretical Analysis of the Energy Gap Dependence of the Reconstituted B800 -> B850 Excitation Energy Transfer Rate in Bacterial LH2 Complexes. 査読有り

    A. Kimura and T. Kakitani

    J. Phys. Chem. B.   107 巻   頁: 7932   2003年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  19. *Theory of Excitation Energy Transfer in the Intermediate Coupling Case of Clusters. 査読有り

    A. Kimura and T. Kakitani

    J. Phys. Chem. B.   107 巻   頁: 14486   2003年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  20. Unique Mechanisms of Excitation Energy Transfer, Electron Transfer and Photoisomerization in Biological Systems. 査読有り

    T. Kakitani, T. Kawatsu, A. Kimura, A. Yamada, T. Yamato, and S. Yamamoto

    J. Bio. Phys.   28 巻   頁: 367   2002年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  21. Empirical Formula of Exciton Coherent Domain in Oligomers and Application to LH2. 査読有り

    T. Kakitani and A. Kimura

    J. Phys. Chem. A   106 巻   頁: 2173   2002年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  22. Theory of excitation energy transfer in the intermediate coupling case and its application to the photosynthetic antenna systems. 査読有り

    A. Kimura, T. Kakitani and T. Yamato

    International J. Mod. Phys. B   15 巻   頁: 3833   2001年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  23. Theory of excitation transfer in the intermediate coupling case. 査読有り

    A. Kimura, T. Kakitani, T. Yamato

    J. Lumin.   87-89 巻   頁: 815   2000年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  24. Theory of Excitation Energy Transfer in the Intermediate Coupling Case. II. Criterion for Intermediate Coupling Excitation Energy Transfer Mechanism and Application to the Photosynthetic Antenna Systems. 査読有り

    A. Kimura, T. Kakitani, T. Yamato

    J. Phys. Chem. B   104 巻   頁: 9276   2000年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  25. Theory of Excitation Transfer in the Intermediate Coupling Case.

    T. Kakitani, A. Kimura, H. Sumi

    J. Phys. Chem.   103 巻   頁: 3720   1999年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  26. Nonperturbative method of electron transfer via a midway molecule. 査読有り

    A. Kimura, T. Kakitani

    Chem. Phys. Lett.   298 巻   頁: 241   1998年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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講演・口頭発表等 50

  1. 光合成反応中心内の色素が持つサイトエネルギーをアミノ酸単位で粗視化する試み

    ◯松下 将典、鬼頭 宏任、伊藤 繁、下岡 渉、木村 明洋

    2023年度 生物物理学会中部支部討論会  2024年3月19日  日本生物物理学会 中部支部会

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    開催年月日: 2024年3月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:金沢大学  

  2. 修正Redfield理論の適用可能性を定性的に拡張する試み

    木村明洋

    日本物理学会2024年春季大会  2024年3月19日  日本物理学会

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    開催年月日: 2024年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン  

  3. アシドバクテリアが持つ多種色素系から成るI型反応中心の光捕集ダイナミクスの解析

    下岡渉、鬼頭宏任、伊藤繁、木村明洋

    日本物理学会2024年春季大会  2024年3月19日  日本物理学会

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    開催年月日: 2024年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン  

  4. 多種色素からなるアシドバクテリアC. thermophilumが持つI型反応中心の光捕集機構解析

    下岡渉、鬼頭宏任、伊藤繁、◯木村明洋

    第65回日本植物生理学会年会  2024年3月17日  日本植物生理学会

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    開催年月日: 2024年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:神戸国際会議場  

  5. AutoDock vinaを用いたT. elongatus 光化学系Iのキノン結合サイトにおける分子結合シミュレーション 国際会議

    ◯高木歩夢、伊藤繁、木村明洋、鬼頭宏任

    第61回日本生物物理学会年会  2023年11月14日  日本生物物理学会

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:名古屋国際会議場  

  6. I型光合成反応中心の多様性と光捕集機構 国際会議

    木村 明洋、 鬼頭 宏任、伊藤 繁

    第61回日本生物物理学会年会  2023年11月15日  日本生物物理学会

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:名古屋国際会議場  

  7. ベイズ最適化による光合成I型反応中心3種の励起子モデルの修正 国際会議

    下岡渉、鬼頭宏任、伊藤繁、木村明洋

    第61回日本生物物理学会年会  2023年11月14日  日本生物物理学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:名古屋国際会議場  

  8. 光合成タンパク質における励起エネルギー移動の計算機シミュレーション 国際会議

    ○鬼頭 宏任、下岡 渉、伊藤 繁、木村 明洋

    第61回日本生物物理学会年会  2023年11月15日  日本生物物理学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:英語  

    開催地:名古屋国際会議場  

  9. I型反応中心3種の励起子モデルをベイズ最適化により修正

    下岡 渉、鬼頭宏任、伊藤 繁、木村明洋

    第30回「光合成セミナー2023」  2023年6月24日 

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    開催年月日: 2023年6月

    開催地:名古屋工業大学  

  10. 緑色硫黄細菌、ヘリオバクテリア、A. marina、T. elongatusのI型反応中心光捕集 理論モデルから多様性を調べる

    木村明洋、鬼頭宏任、伊藤 繁

    第30回「光合成セミナー2023」  2023年6月25日 

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    開催年月日: 2023年6月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:名古屋工業大学  

  11. 多様なI型反応中心の光捕集機構を理論で俯瞰する "0.01-100 ps”

    木村明洋、 鬼頭宏任、○伊藤繁

    第13回日本光合成学会  2023年6月3日  日本光合成学会

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    開催年月日: 2023年6月

    会議種別:ポスター発表  

    開催地:名古屋大学  

  12. 緑色硫黄細菌および遠赤色光適応型PSIの光捕集機構と励起子モデル

    木村明洋、中村有花、下岡渉、鬼頭宏任、浅井智広、 近藤徹、大岡宏造、伊藤繁

    第13回日本光合成学会年会  2023年6月3日  日本光合成学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年6月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:名古屋大学  

  13. 新発見の遠赤色光型光化学系Iを用いた光合成光捕集効率向上への計算機実験

    中村有花、大河内幹仁、伊藤 繁、木村明洋

    日本物理学会2023年春季大会  2023年3月23日  日本物理学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン   国名:日本国  

  14. ベイズ最適化によるI型反応中心の励起子ハミルトニアンの修正

    下岡 渉、木村明洋 、鬼頭宏任、伊藤 繁

    日本物理学会2023年春季大会  2023年3月23日  日本物理学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン   国名:日本国  

  15. I型反応中心の光捕集機構の原理

    伊藤繁、鬼頭宏任、木村明洋

    第64回日本植物生理学会年会  2023年3月15日  日本植物生理学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東北大学   国名:日本国  

  16. 緑色硫黄細菌の最小 I 型反応中心の光捕集機構:遺伝子操作的改変と理論的検討

    浅井智広、大岡宏造、伊藤繁、鬼頭宏任、木村明洋

    第64回 日本植物生理学会年会  2023年3月15日  日本植物生理学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東北大学   国名:日本国  

  17. 遠赤色光に適応した光化学系Iの光捕集におけるChlorophyll-fとRed-Chlorophyllの役割に関する理論的研究 国際会議

    中村有花、大河内幹仁、伊藤 繁、木村明洋

    第60回日本生物物理学会年会  2022年9月28日  日本生物物理学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:函館アリーナ   国名:日本国  

  18. ヘリオバクテリア反応中心におけるChl-aFからBChl-gへの励起エネルギー移動速度の理論的解析 国際会議

    下岡 渉、木村明洋 、鬼頭宏任、伊藤 繁

    第60回日本生物物理学会年会  2022年9月30日  日本生物物理学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:函館アリーナ   国名:日本国  

  19. Exciton states on the Type-I reaction center of green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum studied by genetic manipulation of bacteriochlorophyll a and the structure-based theoretical modeling 国際会議

    Chihiro Azai, Hirozo Oh-oka, Hirotaka Kitoh-Nishioka, Akihiro Kimura, Shigeru Itoh

    International Congress on Photosynthesis Research 2022  2022年8月2日  International Society of Photosynthesis Research

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年7月 - 2022年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Hybrid at the Dunedin Centre   国名:ニュージーランド  

  20. 異なる色素種をもつ多様な光化学系I型反応中心上での励起エネルギー移動機構の理論的研究

    中村有花、下岡渉、⻤頭宏任、伊藤繁、木村明洋

    量子生命科学会第4回大会  2022年5月26日  一般社団法人量子生命科学会

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    開催年月日: 2022年5月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:神戸大学   国名:日本国  

  21. 遠赤色光型反応中心 A. marina PSI の 光捕集におけるクロロフィル d の役 割:クロロフィル a を持つ T. elongatus PSI との比較

    木村明洋、鬼頭宏任、青田俊道、浜口祐、米倉功治、川上恵典、新沢-伊藤恭子、井上-菓子野名津子、伊福健太郎、菓子野康浩、山下栄樹、伊藤繁

    第12回日本光合成学会年会  2022年5月20日  日本光合成学会

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年5月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン   国名:日本国  

  22. 緑色硫⻩細菌 I 型反応中心の励起状態の理論計算と主要 BChl-a 除去実験

    伊藤繁、木村明洋、鬼頭宏任、浅井智広、大岡宏造

    第12回日本光合成学会年会  2022年5月20日  日本光合成学会

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    開催年月日: 2022年5月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン   国名:日本国  

  23. クロロフィル d を使い近赤外光を利用するシアノバクテリア Acaryochloris marina の PSI 反応中心の理 論モデルとクロロフィル交換モデルの作成

    木村明洋, 鬼頭宏任, 青田俊道, 浜口祐, 米倉功治, 川上恵典, 新沢-伊藤恭子, 井上-菓子野名津子, 伊福健太郎, 菓子野康浩, 山下栄樹, 伊藤繁

    第63回日本植物生理学会年会  2022年3月24日  日本植物生理学会

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    開催年月日: 2022年3月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:オンライン開催   国名:日本国  

  24. Chlorophyll-f を含む遠赤色光型光化学系 I の光捕集における Red-Chlorophyll の役割に関する理論的研究

    中村有花, 大河内幹仁, 伊藤繁, 木村明洋

    日本物理学会 第77回年次大会  2022年3月15日  日本物理学会

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    開催年月日: 2022年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン開催   国名:日本国  

  25. クロロフィルdを持つ遠赤色光型反応中心 A. marina PSIの光捕集機構に関する理論解析:クロロフィル a-型PSIとの比較

    木村明洋, 鬼頭宏任, 青田俊道, 浜口祐, 米倉功治, 川上恵典, 新沢-伊藤恭子, 井上-菓子野名津子, 伊福健太郎, 菓子野康浩, 山下栄樹, 伊藤繁

    日本物理学会 第77回年次大会  2022年3月15日  日本物理学会

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    開催年月日: 2022年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン開催   国名:日本国  

  26. A. marina の光化学系 I の光捕集機構:T. elongatus の光化学系 I との比較 国際会議

    木村明洋,鬼頭宏任,浜口祐,米倉功治,川上恵典,菓子野康浩,伊藤繁

    第59回日本生物物理学会年会  日本生物物理学会

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    開催年月日: 2021年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン開催   国名:日本国  

  27. 細菌と植物のもつ多様な光合成 I 型反応中心の光捕集機能に関する比較

    木村明洋、鬼頭宏任、浜口祐、米倉功治、川上恵典、菓子野康浩、浅井智広、大岡宏造、伊藤繁

    量子生命科学会 第3回大会  2021年9月16日  一般社団法人量子生命科学会

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    開催年月日: 2021年9月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:Zoonオンライン   国名:日本国  

  28. I型光合成反応中心の構造と機能に関する多様性:ヘリオバクテリア反応中心と光化学系Iとの比較

    木村明洋、鬼頭宏任、重田育照、伊藤繁

    第28回「光合成セミナー2021」  2021年6月26日 

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    開催年月日: 2021年6月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Zoomオンライン開催   国名:日本国  

  29. ヘリオバクテリアI型反応中心の光捕集特性の理論モデル: PSI反応中心との比較と進化

    木村明洋、鬼頭宏任、重田育照、伊藤繁

    第11回日本光合成学会年会  2021年5月28日  日本光合成学会

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    開催年月日: 2021年5月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Zoomオンライン  

  30. ヘリオバクテリア I 型反応中心と PSI の in silico モデル比較 : 色素サイトエネルギー分布と励起移動

    ヘリオバクテリア I 型反応中心と PSI の in silico モデル比較 : 色素サイトエネルギー分布と励起移動

    第62回日本植物生理学会年会   2021年3月14日  日本植物生理学会

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    開催年月日: 2021年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  31. ヘリオバクテリアI型反応中心と光化学系Iにおける光捕集機能の解析と比較

    木村明洋, 鬼頭宏任, 重田育照, 伊藤繁

    量子生命科学会第2回大会  2020年12月23日 

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    開催年月日: 2020年12月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

  32. 対称 I 型ヘリバクテリア反応中心光捕集過程の理論解析と光化学系 I との比較

    木村明洋, 鬼頭宏任, 重田育照, 伊藤繁

    日本生物物理学会第58回年会  2020年9月  日本生物物理学会

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    開催年月日: 2020年9月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    国名:日本国  

  33. ヘリオバクテリアI型反応中心の光捕集機構の理論解析:光化学系Iとの機能的差異

    木村明洋, 鬼頭宏任, 重田育照, 伊藤繁

    日本物理学会 2020年秋季大会  2020年9月  日本物理学会

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    開催年月日: 2020年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  34. 時間依存繰り込み量子マスター方程式の導出とその数値解析

    木村明洋

    日本物理学会 2017年秋季大会 

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    開催年月日: 2017年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:岩手大学 上田キャンパス   国名:日本国  

  35. Theory of Time-dependent Projection operator and it's Renormalization for Quantum Master Equation 国際会議

    Akihiro Kimura

    IGER International Symposium on Physics of Life 

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    開催年月日: 2017年3月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:Nagoya University   国名:日本国  

  36. 時間依存くりこみ操作による励起子緩和理論 II

    木村明洋

    日本物理学会 2016年秋季大会 

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    開催年月日: 2016年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:金沢大学 角間キャンパス   国名:日本国  

  37. 時間依存くりこみ操作による励起子緩和理論:数値解析

    木村明洋

    日本物理学会 第71回年次大会 

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    開催年月日: 2016年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東北学院大学 泉キャンパス   国名:日本国  

  38. Improvement of Variational Master Equation and Domain Analysis for Excitation Energy Transfer in the Photosynthetic Antenna System 国際会議

    Akihiro Kimura

    The 4th IGER International Symposium on Science of Molecular Assembly and Biomolecular Systems 

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    開催年月日: 2015年8月 - 2015年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    国名:日本国  

  39. Quantitative refinement of the theory of the improved variational master equation

     詳細を見る

    開催年月日: 2014年9月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    国名:日本国  

  40. 励起移動を記述する変分マスター方程式理論の改良III:速度定数の高次補正

    木村明洋, 藤橋裕太

    日本物理学会 2014年秋期大会 

     詳細を見る

    開催年月日: 2014年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  41. 励起移動を記述する変分マスター方程式の改良II

    藤橋裕太, 木村明洋

    日本物理学会第69回年次大会 

     詳細を見る

    開催年月日: 2014年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  42. Improvement of the theory of variational master equation for describing excitation energy transfer, and analyzing the mechanism of excitation energy transfer in photosystem II 国際会議

    Y. Fujihashi, and A. Kimura

    The 16th International Congress on Photosynthesis 

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    開催年月日: 2013年8月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    国名:アメリカ合衆国  

  43. 自由エネルギー最小状態の探索に基づくPSII内における励起子状態の解析

    藤橋裕太、木村明洋

    日本物理学会第68回年次大会 

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    開催年月日: 2013年3月 - 2013年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  44. 励起移動を記述する変分マスター方程式の改良およびPSIIへの適用 国際会議

    藤橋裕太, 木村明洋

    生物物理学会第50回年会 

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    開催年月日: 2012年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  45. Excitation energy transfer in the photosynthetic antenna systems 国際会議

    Akihiro Kimura

    IGER International Symposium on Science of Molecular Assembly and Biomolecular Systems 2012 

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    開催年月日: 2012年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  46. 励起移動を記述する変分マスター方程式の改良

    藤橋裕太, 木村明洋

    日本物理学会 第67回年次大会 

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    開催年月日: 2012年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス   国名:日本国  

  47. 三つの色素会合体内における励起エネルギー移動理論の構築

    木村明洋

    日本物理学会 第66回年次大会 

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    開催年月日: 2011年3月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:新潟大学   国名:日本国  

  48. 光化学系II二量体におけ励起移動の理論的解析

    藤橋裕太、西俊輔、柴田穣、木村明洋

    日本物理学会 第66回年次大会 

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    開催年月日: 2011年3月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:新潟大学五十嵐キャンパス   国名:日本国  

  49. ドナー-メディエイター-アクセプター系での励起エネルギー移動の理論

    日本物理学会2009年秋期大会 

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    開催年月日: 2009年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  50. 二量体中の励起エネルギー移動に関する改善した理論

    木村明洋、垣谷俊昭

    日本物理学会第63回年次大会 

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    開催年月日: 2008年3月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    国名:日本国  

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科研費 2

  1. 多様な光合成反応中心の光捕集と電子移動と進化の理論的解析

    研究課題/研究課題番号:20K03880  2020年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    木村 明洋, 伊藤 繁, 鬼頭 宏任

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4290000円 ( 直接経費:3300000円 、 間接経費:990000円 )

    光合成の機能と進化に関する研究において、絶対嫌気性細菌ヘリオバクテリアの反応中心(hRC)は、最古最単純な反応中心の一つであるため、その反応機構解明は重要である。 本研究は、多様な光合成反応中心の構造、機能、色素系の進化に関する関係性を明らかにする。
    具体的には、hRCの光学特性や反応過程の全貌を理論的に解明する。励起子ダイナミクスの理論と量子化学的計算手法を組み合わせ、hRCの実験データと比較する。特に、様々なRCが持つ色素種を仮想的に置き換えてその物性の変化を引き出し、機能的差異を見出す。そして、植物や紅色細菌など複雑で色素種も異なる多様なRCそれぞれが持つ反応機構の差異を理論的に検討する。
    多様な光合成生物の光合成反応中心(RC)が持つ、光捕集/電荷分離反応はどのような関係にあり、 進化の過程でどのように機能的差異を生じてきたのかを生物物理学的に解明することを目的としている。緑色硫黄細菌が持つI型反応中心(GsbRC)は赤外光を利用して非酸素発生型光合成反応を起こす始原的な反応中心の候補と考えられている。しかし、その立体構造が未解明だったため、光捕集機構の理論的解明が困難であった。本年度は、GsbRCの構造情報が最近解明されたため、その光学特性及び光捕集機構の解明を行った。一方、多様なI型RCへと進化分化する際に共通して機能的に重要な色素を見定めるため、天然のGsbRCと共に、遺伝子操作を行ったGsbRCの光学特性が実験的に測定されている。そこで、これらの光学的特性を理論的に比較することで、多様なI型反応中心の機能的特性を調べた。Poisson-TrESP法による励起子結合強度計算とCharge Density Coupling (CDC)法によるサイトエネルギー計算を実行し、天然のGsbRCの励起子モデルとその遺伝子操作したモデルを作成した。天然のGsbRCの光学的特性を再現出来る励起子モデルから、光捕集過程の実験結果を再現した。そこで、遺伝子操作したGsbRCによる光学特性の天然GsbRCからの変化の物理的原因を調査した。 その結果、 GsbRCの遺伝子操作において、各色素および配位しているアミノ酸の静電環境が複雑に相互作用していることを明らかにした。これは、遺伝子操作による実験を行う際には、除去される色素だけでなくその周辺の静電環境と立体配置を考慮する必要があることを意味する。これは、多様なI型RCにおける一次構造で共通しているアミノ酸に配位している機能的に重要な色素とともに、その周辺で相互作用している色素も光捕集において重要である可能性を明らかにした。
    初年度に行ったヘリオバクテリア非酸素発生型I型反応中心(HbRC)について、量子化学計算を組み合わせた励起子状態の解析によってその光学特性と光捕集機構の全貌を解明し、HbRCと酸素発生型I型反応中心(PSI)の機能的差異を明らかにした(Journal of Physical Chemistry Bに掲載済み)。昨年度は、Acaryochloris marina 光化学系Iの光捕集特性の解明と共に、従来のPSIの励起子モデルと比較検討することで機能的差異を明確にした(Journal of Physical Chemistry Bに掲載済み)。一方、I型RCの中では最も単純で始原的な緑色硫黄細菌が持つ反応中心 (GsbRC)の立体構造が2020年に報告されていた。そこで、その機能解析を遺伝子操作による実験的研究と組み合わせて行った。現在、研究成果を海外の学術雑誌に投稿するための論文原稿作成中である。その他には、可視光で光合成反応を起こす一部のシアノバクテリアが持つPSIを、遠赤色光下で生育させると遠赤色光に適応した遠赤色光適応型PSI(FR-PSI)を作り出すことがわかっている。近年このFR-PSIの構造解析や分光学的実験が行われているが、その光捕集機構に関する理論的研究は行わてていない。そこで、FR-PSIの遠赤色光による光捕集機構を、その構造情報を用いて理論的に解析した。特に、FR-PSIを光励起させた後の光捕集において遠赤色光の光捕集に重要な色素を推定した。さらに、今までに作成してきた励起子モデルでは光学特性の再現が困難な場合がある。この問題に対して、ベイズ最適化によるモデルの修正を検討した。これにより、より定量的な光捕集機構の解明を行うことができる。これらの結果は日本物理学会2023年春季大会などで報告をし、論文としてまとめ学術雑誌に投稿するため論文執筆中である。
    I型RCとしてヘリオバクテリア反応中心(HbRC), FR-PSI, GsbRCそしてアシドバクテリア(CabRC)の様に、近年様々なI型RCの構造報告があるなかで、各RCの機能解析を進めてきている。今後の研究の推進方策として以下の様に進めてい く。
    1) 近年に多様なI型RCに関する構造情報が多く報告され、これらI型RCについて構造情報に基づいた観点からの各RC間の差異は議論されているが、光捕集に関する機能的差異は検討されていない。そこで、今まで理論的に調査してきたI型RCの励起子モデル、光学特性、そして光捕集機構の結果から各I型RC間の機能的特性の差異を比較検討し、多様なI型反応中心の中で共通した物理的特性を見出しその関係を取りまとめる。必要に応じてベイズ最適化による励起子モデルの修正を行い、モデルに修正が必要な原因を探りそれをI型反応中心全体で俯瞰して比較検討を行う。そして、近年報告されているII型RCを含めた多様なRCおよびその周辺アンテナまで含めた大規模色素系の構造情報を用いてRC周辺の環境も考慮した光捕集機構の機能的差異や、各光合成生物の生息する環境毎で異なる光をどのようにして利用し、光合成生物として進化最適化してきたかを俯瞰的に整理し、そこに潜む物理的機構を解明する。
    2) 最近、BChl-a, Chl-aからなるアシドバクテリアRCの高分解能構造解析が報告され、その色素配置はGsbRCに非常に似ていることが明らかとなった。アシドバクテリアRCの構造はGsbRCの構造分解能に比べて非常に高いため、GsbRCの機能解析結果と比較しながら光捕集機能の差異を検討する。1)の研究推進方策に合わせて他のI型RCとの機能的差異も視野に入れた比較を行う。

  2. 近赤外光適応型酸素発生光合成の多様性と機構の解明、理論解析

    研究課題/研究課題番号:20K06684  2020年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    伊藤 繁, 木村 明洋, 井原 邦夫

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    担当区分:研究分担者 

    近年発見された、 Chl a(クロロフィルa)より長波長に吸収帯をもつ① Chl d, ②Chl f, ③会合型Chl a (red-Chl a)色素(図1)のいずれかにより、700-800nmの近赤外光だけでも光合成可能なシアノバクテリア、藻類、コケの「近赤外光を使う酸素発生型光合成(FR-O2型光合成)」の光反応機構を検討する。生化学、生物物理的解析、ピコ秒レーザ分光実験などを行い、励起子理論モデルを用いて理論解析する。さらに広範な「FR-O2型光合成系」を調べ、従来の可視光型光合成との違い、多様性、変動範囲、限界を確認し、その「秘められた能力」を理解して応用を考える。
    植物とシアノバクテリアの営む酸素発生型光合成は、クロロフィルa (Chl a)色素の吸収する400-700nmの可視光を使うが、光合成細菌の非酸素発生型光合成ではバクテリオクロロフィル(BChl)が吸収する380-900nmの可視-近赤外(FR)光を使う。可視光よりエネルギーの低い700-800nmの近赤外光でも酸素発生光合成(FR-O2型光合成)が行われる事を我々は報告した (‘98年)。近年、さらに多くの「FR-O2型光合成」をするシアノバクテリアや藻類が 見出され、研究が進展した。
    本研究では、Chl aの代わりに、740nm光を利用できるChl dで「FR-O2型光合成」をするシアノバクテリア種アカリオクロリスの光化学系I (PSI)の構造を、解明し論文発表した(2021)。
    この反応中心は’98年に我々が初精製し、反応中心Chl d-2量体をP740と命名した。構造情報を使い、理論解析をした。別種のChl fを使いFR-O2型光合成をする反応中心でも理論検討を進めた。Chlf型10種 、Chl d型アカリオ属7株、red-Chl a型南極コケ1種の光反応を実測した。
    シアノバクテリアPSI (96Chl aをもつ)と似た構造でBChl-gをもつヘリオバクテリアのI型反応中心の理論解析を行った。超高速励起エネルギー移動過程を計算機内で再現した。クロロフィルを置き換える仮想実験系を作り、in silicoでの進化実験を行った。これは人工光合成系開発にも利用できる。
    さらにBChla30と4Chlaを持ち長波長800-840nm光を利用する緑色硫黄細菌の反応中心(GsbRCお)の理論モデルを作成した。この系はFR型反応中心の祖先型に近い。励起エネルギー移動、エネルギー分布変化をしらべた。
    本研究では、Chl aの代わりに、740nm光を利用できるChl dで「FR-O2型光合成」をするシアノバクテリア種アカリオクロリスの光化学系I (PSI)の構造を、解明し論文発表した。シアノバクテリアPSI (96Chl aをもつ)と似た構造でBChl-gをもつヘリオバクテリアのI型反応中心の理論解析を行った。超高速励起エネルギー移動過程を計算機内で再現した。クロロフィルを置き換える仮想実験系を作り、in silicoでの進化実験を行った。これは人工光合成系開発にも利用できる。緑色硫黄細菌の反応中心(GsbRCお)の理論モデルを作成した、これは当初の計画以上の成果となるであろう。
    さらに、理論家との共同研究を精力的に進め、Chl dを持つアカリオクロリスのPSI、ChlfをChl aに合わせてもつシアノバクテリアPSI, 反応中心以外のChl a会合体を結合してFR光を吸収するPSI、BChlaをもつ緑色硫黄細菌反応中心を対象に理論研究を進める。クロロフィル分子の相互配置・相互作用により生じる励起子状態群のシミュレーション計算と、個別クロロフィルの結合部位毎にタンパク質環境が作り出す部位エネルギー(site energy)値の理論計算をPSI及び、2018年に構造解明されたヘリオバクテリアのI型反応中心(BChl gをもつ)で進めつつある。これを発展させ、光合成反応中心上で,色素の種類、配置を変える際の光捕集やエネルギー移動への影響をin silicoモデル上で理論評価する。生物現象の中でも、物理過程・原理から研究しやすい光合成系は、進化や適応の検討に適したモデルであり、新しい実験理論展開を進めたい。

 

担当経験のある科目 (本学) 13

  1. 物理学演習III

    2017

  2. 物理学演習I-2

    2017

  3. 物理学演習III

    2016

  4. 物理学演習I-2

    2016

  5. 物理学演習II

    2015

  6. 物理学演習III

    2015

  7. 物理学演習III

    2014

  8. 物理学演習II

    2014

  9. 物理学演習III

    2013

  10. 物理学演習II

    2013

  11. 物理学演習III

    2012

  12. 物理学演習II

    2012

  13. 物理学セミナーIV-1

    2011

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