鉄硫黄クラスターの還元電位調整特性の評価(Assessing the Properties That Enable Reduction Potential Tuning in Iron/Sulfur Clusters)

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2025-05-30 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

米国パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)の研究チームは、鉄硫黄クラスター(特に[4Fe-4S]型)の酸化還元電位を大幅に調整する鍵が、方向性を持つ静電相互作用にあることを理論的に明らかにしました。この研究では、クラスター周辺の電荷分布や構造変化が電子特性に与える影響を詳細に解析し、局所的な静電効果が酸化還元電位を1V近く変化させる可能性があることを示しました。特に、クラスター内の硫化物に近接する電荷が、酸化還元特性に大きな影響を及ぼすことが確認されました。この知見は、バイオインスパイア型触媒の設計や、エネルギー変換反応における新たな設計指針の提供につながると期待されています。

<関連情報>

生物学的鉄/硫黄クラスターにおける還元電位をボルト範囲で調整できる特性について The Properties That Allow Tuning the Reduction Potentials over a Volt Range in Biological Iron/Sulfur Clusters

Busra Dereli,Marcel D. Baer,John W. Peters and Simone Raugei
The Journal of Physical Chemistry Letters  Published: May 1, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c00616

Abstract

鉄硫黄クラスターの還元電位調整特性の評価(Assessing the Properties That Enable Reduction Potential Tuning in Iron/Sulfur Clusters)

[4Fe-4S] clusters are ubiquitous in biology and are crucial to the more salient processes in energy metabolism, serving as intermediates in inter- and intramolecular electron transfer pathways. The [4Fe-4S] clusters are more prevalent, serving a variety of functions, and can remarkably adopt a surprising range of reduction potentials spanning more than 1 V. The characteristics of the environment, including charge, solvent access, and geometric distortion, finely modulate the reduction potential of iron/sulfur clusters. However, prior research has not yet systematically addressed cause and effect. In this work, we conducted a thorough theoretical assessment of how charge distribution and structural distortion contribute to the full range of reductions exhibited by biological [4Fe-4S] clusters. The work shows that the most significant contributions can be predicted for electrostatic interactions, which are directionally biased.

0501セラミックス及び無機化学製品
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