Marcus理論に基づいたDNAの過剰電子輸送に関する理論的研究  [in Japanese] Theoretical Study on Excess-Electron Transfer in DNA Based on the Marcus Theory  [in Japanese]

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Author(s)

    • 高田 雄太 TAKADA Yuta
    • 早稲田大学 先進理工学部 化学・生命化学科,〒169-8555 東京都新宿区大久保3-4-1 Department of Chemistry and Biochemistry, School of Advanced Science and Engineering, Waseda University,3-4-1 Okubo, Shinjuku, Tokyo 169-8555, Japan
    • 大越 昌樹 OKOSHI Masaki
    • 早稲田大学 先進理工学部 化学・生命化学科,〒169-8555 東京都新宿区大久保3-4-1 Department of Chemistry and Biochemistry, School of Advanced Science and Engineering, Waseda University,3-4-1 Okubo, Shinjuku, Tokyo 169-8555, Japan
    • 星野 稔 HOSHINO Minoru
    • 日産化学工業株式会社 物質科学研究所 物質解析研究部,〒274-8507 千葉県船橋市坪井西2-10-1 Nissan Chemical Industries, Ltd., 2-10-1 Tsuboi Nishi, Funabashi, Chiba 274-8507
    • 石川 敦之 ISHIKAWA Atsushi
    • 早稲田大学 理工学研究所,〒169-8555 東京都新宿区大久保3-4-1 Research Institute for Science and Engineering, Waseda University, 3-4-1 Okubo, Shinjuku, Tokyo 169-8555, Japan
    • 石川 誠 ISIKAWA Makoto
    • 日産化学工業株式会社 物質科学研究所 物質解析研究部,〒274-8507 千葉県船橋市坪井西2-10-1 Nissan Chemical Industries, Ltd., 2-10-1 Tsuboi Nishi, Funabashi, Chiba 274-8507
    • 中井 浩巳 NAKAI Hiromi
    • 早稲田大学 先進理工学部 化学・生命化学科,〒169-8555 東京都新宿区大久保3-4-1|早稲田大学 理工学研究所,〒169-8555 東京都新宿区大久保3-4-1|独立行政法人科学技術振興機構(JST),戦略的創造研究推進事業,CREST,〒332-0012 埼玉県川口市本町4-1-8|京都大学 触媒・電池元素戦略ユニット(ESICB),〒615-8520 京都府京都市西京区京都大学桂 Department of Chemistry and Biochemistry, School of Advanced Science and Engineering, Waseda University,3-4-1 Okubo, Shinjuku, Tokyo 169-8555, Japan|Research Institute for Science and Engineering, Waseda University, 3-4-1 Okubo, Shinjuku, Tokyo 169-8555, Japan|Japan Science and Technology Agency, CREST, 4-1-8 Honcho, Kawaguchi, Saitama 332-0012, Japan|Elements Strategy Initiative for Catalysts & Batteries (ESICB), Kyoto University,Kyoto Daigaku-Katsura, Nishikyo, Kyoto 615-8520, Japan

Abstract

DNAは電荷輸送特性を有し,生理的な機能のみならず電荷輸送デバイスとしての応用が期待されている.電荷輸送特性のうち,ホール移動に関して,実験的・理論的研究から多くの知見が得られてきた.しかしながら,過剰電子移動(EET)に対する知見は限定的である.本研究ではMarcus理論に基づいて,密度汎関数理論(DFT)レベルの量子化学計算によるDNA内EET速度の算出を試みた.隣接チミン間のEET速度の計算値(2.31 − 3.49 × 10<sup>10</sup> s<sup>−1</sup>)は,実験値(4.4 ± 0.3 × 10<sup>10</sup> s<sup>−1</sup>)を良く再現した.また,ミスマッチ(MM)塩基対を含む系に本手法を適用し,MM塩基対の挿入によるEET速度低下のメカニズムを明らかにした.

DNAs, which have charge transport abilities, are expected to apply to advanced materials in nanotechnology as conducting nano-wires. While the hole-transfer in DNA has been extensively investigated in many experimental and theoretical studies, the knowledge on the transfer of a negative charge, i.e., the excess-electron transfer (EET), is limited so far. In the present study, we evaluated the rate constants of EET in DNA, using the Marcus theory with density functional theory (DFT) calculations. The computed rate constant of EET between thymine bases, 2.31 − 3.49 × 10<sup>10</sup> s<sup>−1</sup>, showed good agreement with the experimental value, 4.4 ± 0.3 × 10<sup>10</sup> s<sup>−1</sup>. Furthermore, the mechanism of the decrease of EET rates due to miss-match base pairs was elucidated.

Journal

  • Journal of Computer Chemistry, Japan

    Journal of Computer Chemistry, Japan 13(4), 242-249, 2014

    Society of Computer Chemistry, Japan

Codes

  • NII Article ID (NAID)
    130004694031
  • Text Lang
    JPN
  • ISSN
    1347-1767
  • Data Source
    J-STAGE 
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