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タンパク質超分子中のプロトン移動機構の電子レベルでの解明

Research Project

Project/Area Number 18054004
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

BOERO Mauro  University of Tsukuba, 大学院・数理物質科学研究科, 准教授 (40361315)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 白石 賢二  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (20334039)
舘野 賢  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 准教授 (40291926)
重田 育照  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (80376483)
Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥6,500,000)
Fiscal Year 2007: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2006: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Keywordsハイブリッド計算 / 第一原理分子動力学計算 / 触媒反応 / タンパク質 / 酵素反応 / 電子状態計算 / RNA / 立体構造 / シトクローム酸化酵素 / プロトン移動 / ペプチドグループ / アミドプロトン
Research Abstract

当該特定領域研究代表者らは,牛由来シトクロームc酸化酵素の結晶構造の決定に基づいて、新たなプロトン移動経路(H-path)を見出し、Tyr440-Ser441間のペプチドグループ(すなわち共有結合)が関与するプロトン移動機構を提唱した。本年度は,密度汎関数法に基づく第一原理分子動力学計算(CPMD)を用いて, Tyr440-Ser441近傍のサイトにおけるケトーエノール互換異性化反応の可能性と、プロトン移動との関係について、電子構造に基づき解析した。その結果,この反応機構における活性化エネルギは約13kcal/molと計算され,実験結果とよい一致を示した。これは,ペプチド基を介した新規のプロトン輸送機構において,水分子などの寄与が不必要であることを示しており,月原・吉川らが提唱する,ケトーエノール互換異性化反応によるプロトン移動機構が,実際にも可能であることを示唆している。
ただしここで計算に用いた分子モデル系は,Tyr440-Ser441およびSer441-Asp442近傍の骨格を中心に抽出したものであるため,その近傍に存在する機能的に重要なCuAサイトとの水素結合や,さらにはサイト内に本来存在する芳香環同志のスタッキングなどの相互作用の寄与が考慮されていない。そこでさらに,こうした重要な相互作用および立体構造を露わに導入し,機能サブユニット全体を含めた超分子モデルの構築も本年度は推進した。このリアルなモデル構築についてもほぼ完了するに至り、今後はこのモデルを用いて、飛躍的に高精度な理論解析を進め,プロトン移動が酵素反応や電子移動とどのように共役しているのかなどの課題についても,そのしくみをさらに明らかにする試みを推進する予定である。

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (37 results)

All 2008 2007 2006 Other

All Journal Article (17 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (18 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Structures and evolutionary origins of plant-specific transcription factor DNA binding domains2008

    • Author(s)
      Yamasaki, K.・Kigawa, T.・Inoue, M.・Watanabe, S.・Tateno, M, et. al.
    • Journal Title

      Plant. Physiol. Biochem. 46

      Pages: 394-401

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    • Author(s)
      Kamiya, K.・Boero, M.・Tateno, M.・Shiraishi, K.・Oshiyama, A.
    • Journal Title

      J. Ame. Chem. Soc. 129

      Pages: 9663-9663

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    • Author(s)
      Boero, M.・Park, J.m.・Hagiwara, Y.・Tateno, M.
    • Journal Title

      Journal of Physics 19

      Pages: 365217-365217

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  • [Journal Article] First-Principles Molecular Dynamics Study of Proton Transfer Mechanism in Bovine Cytochromec Oxidase.2007

    • Author(s)
      Kamiya, K.・Boero, M.・Tateno, M.・Shiraishi, K.・Oshiyama, A.
    • Journal Title

      Journal of Physics 19

      Pages: 365220-365220

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    • Author(s)
      N., Umezawa・K., Shiraishi・K., Torii・M., Boero, et. al.
    • Journal Title

      IEEE Electron Dev. Lett. 28

      Pages: 363-363

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      T., Ikeda・M., Boer・K., Terakura
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      舘野, 賢・ボエロ, マウロ
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      化学と工業 Jun-60

      Pages: 587-589

    • NAID

      10019487683

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      F.L.Gervasio, M.Boero, M.Parrinello
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      M.Boero, T.Ikeda, E.Ito, K.Terakura
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      J. Am. Chem. Soc. 128

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      ボエロマウロ
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      Materials-Biology Interface: A Simulation Approach
    • Place of Presentation
      Institute of Physics and Chemistry of Materials(IPCMS),Strasbourg(France)
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      次世代スーパーコンピューティング・シンポジウム2007
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      明治安田生命ビル,東京
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      Masaru Tateno
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      Seoul
    • Year and Date
      2007-09-10
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      ホテルニュ-アカオ,熱海
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  • [Presentation] 生体超分子・機能発現機構解析のためのQM/MM分子動力学計算システムの開発2007

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      ホテルニュ-アカオ,熱海
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      2007-07-11
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  • [Presentation] ロイシルtRNA合成酵素の触媒反応機構の動力学的解析2007

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      萩原陽介・ボエロマウロ・舘野賢
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      第7回蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      仙台国際センタ、仙台
    • Year and Date
      2007-05-24
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  • [Presentation] ロイシルtRNA合成酵素・tRNALeu複合体の分子動力学シミュレ-ション2007

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      Cong, Yulong・萩原陽介・舘野賢
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      第7回蛋白質科学会年会
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      仙台国際センタ、仙台
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      2007-05-24
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      第7回蛋白質科学会年会
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      仙台国際センタ、仙台
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      仙台国際センタ、仙台
    • Year and Date
      2007-05-24
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  • [Presentation] Computer simulations from silicon to DNA: nanoscience in a virtual laboratory2007

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      ボエロマウロ
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      Italian Cultural Institute,Tokyou(Japan)
    • Year and Date
      2007-05-17
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      ボエロマウロ
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    • Place of Presentation
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    • Author(s)
      ボエロマウロ
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      Spring College on "Water in Physics, Chemistry and Biology"
    • Place of Presentation
      International Centre for Theoretical Physics,Trieste(Italy)
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    • Author(s)
      ボエロマウロ
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      Spring College on "Water in Physics, Chemistry and Biology"
    • Place of Presentation
      International Centre for Theoretical Physics,Trieste(Italy)
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  • [Presentation] ATP Synthase and Cytochrome c Oxidase: Reactive simulations for biochemical processes2007

    • Author(s)
      ボエロマウロ
    • Organizer
      10th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations(ASIAN10)
    • Place of Presentation
      Hiroshima University,Hiroshima(Japan)
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  • [Book] 計算シミュレーションと分析データ解析2007

    • Author(s)
      舘野賢(分担執筆)
    • Total Pages
      220
    • Publisher
      丸善出版
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      2007 Annual Research Report
  • [Book] Modelling Molecular Structure and Reactivity in Biological Systems2006

    • Author(s)
      M.Boero, M.Tateno
    • Publisher
      RCS Publishing, Cape Town
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      2006 Annual Research Report

URL: 

Published: 2006-04-01   Modified: 2018-03-28  

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