| Project Area | 3D Active-Site Science |
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| Project/Area Number |
26105012
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Hiroshima City University (2015-2018)
Osaka University (2014) |
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Principal Investigator |
Takano Yu 広島市立大学, 情報科学研究科, 教授 (30403017)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石北 央 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00508111)
兼松 佑典 広島市立大学, 情報科学研究科, 研究員 (10765936)
米澤 康滋 近畿大学, 先端技術総合研究所, 教授 (40248753)
齋藤 徹 広島市立大学, 情報科学研究科, 助教 (80747494)
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| Research Collaborator |
SHIGETA yasuteru
KAMIYA katsumasa
SHOJI mitsuo
KONDO hiroko x.
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2018)
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| Budget Amount *help |
¥41,470,000 (Direct Cost: ¥31,900,000、Indirect Cost: ¥9,570,000)
Fiscal Year 2018: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2017: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2016: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2015: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 活性サイト / 金属タンパク質 / ヘムタンパク質 / 光合成光化学系II / 分子シミュレーション / QM/MM計算 / 構造機能相関 / 分子動力学法 / 半経験的分子軌道法 / 密度汎関数法 / 光化学系II / レアイベント / ヘム |
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| Outline of Final Research Achievements |
Active sites in biomolecules are regulated by the protein environment and achieve important functions, such as highly specific molecular recognition and efficient catalysis. To understand and apply biochemical functions of metalloproteins, heme proteins and photosystem II (PSII) in photosynthesis, we addressed three issues: (1) investigation of the molecular and electronic structures of the active sites, (2) elucidation of the mechanism of the biochemical functions of metalloproteins, and (3) design of novel functional molecules utilizing it. In (1), we investigated the molecular and electronic structure of Mn cluster in PSII. In (2), proton releases, dioxygen formation, and substrate water incorporation was demonstrated in response to Mn4CaO5 oxidation in the protein environment by using a QM/MM approach. In (3), we showed the relationship between distortion of heme porphyrin and redox potential of heme, providing guidelines of the design of heme proteins.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
PSIIのMn4CaO5錯体における水分解・酸素発生反応機構の解明に関しては、機構を利用した人工光合成の開発に大きく寄与し、エネルギー問題の解決につながるものと考えられる。また、ヘムの構造歪みに関する理論計算および統計解析により得られた結果は、ヘムタンパク質の演繹的な設計を可能にし、これまで経験的・網羅的であったバイオ材料設計から演繹的バイオ材料設計へとつながるものであろう。さらには、新たに開発された分子シミュレーション技術は金属タンパク質の機能発現に重要な構造変化をとらえることができ、生体分子の機能発現機構要素の詳細な理解にいたると期待できる。
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