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2013 Fiscal Year Annual Research Report

ATPのエネルギー総括研究

Administrative Group

Project AreaWater plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins
Project/Area Number 20118001
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

鈴木 誠  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60282109)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松林 伸幸  京都大学, 化学研究所, 准教授 (20281107)
木下 正弘  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (90195339)
Project Period (FY) 2008-11-13 – 2014-03-31
Keywords水和とATP / 生命エネルギー / エネルギー変換 / 化学力学変換 / 多体効果 / 水和自由エネルギー / 水の並進エントロピー / ハイパーモバイル水
Research Abstract

この新学術領域研究では、水と生体分子の相互作用エネルギーの変化が反応系の全自由エネルギー変化に対する寄与を解析の中心において、すなわち、水を「主役」としてATPのエネルギー論とATP駆動タンパク質によるエネルギー変換メカニズムを追求する研究を遂行した。そのために本総括研究では、、計画研究9名(2008-2012)と公募研究前期(2009-2010)24名、後期(2011-2012)が21名のメンバーがそれぞれの能力を最大限発揮できるよう、メンバー間の情報交流のための領域会議、研究会、国際ワークショップ、国内シンポジウム・国際シンポジウムを開催し、とくに領域内メンバーの実質的共同研究の推進に力をいれ、領域内評価委員のアドバイスを積極的に取り入れつつ運営・推進活動を行ってきた。
2013年度はこれまでの5年間の研究結果をまとめ、成果を一般に公開するため、5月21日公開講座「生命のエネルギー物質ATPとは何か?」を東京品川の京都大学東京オフィスにて開催した。さらに、新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」終了公開シンポジウムを平成25年5月22日KKRホテル東京にて開催した。とくに、量子化学と統計力学によるATP加水分解の自由エネルギー解析、ATPと水の役割からみたABCトランスポーターの機能発現機構、F1-ATPaseモーターによるATPエネルギー変換、ATP系およびタンパク質系に対する溶媒和効果の全原子自由エネルギー解析、生体系における自己組織化およびATP駆動蛋白質機能発現の統一的理解、ATP駆動タンパク質周りの水の変化とエネルギー論について、本領域研究の顕著な成果として公表した。領域ホームページにも活動内容を公開してきた。
これらの成果をとりまとめて事後評価報告書を作成し審査を受けた。その審査結果は、当初の目標をこえる優れた成果がでたものとしてA+の評価を受けることができた。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (34 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 14 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 13 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] What is “hypermobile” water? :detected in alkali halide, adenosine phosphate and F-actin solutions by high-resolution microwave dielectric spectroscopy2014

    • Author(s)
      Makoto Suzuki
    • Journal Title

      Pure and Applied Chemistry

      Volume: 86 Pages: 181-189

    • DOI

      10.1515/pac-2014-5024

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-assembled microspheres driven by dipole-dipole interactions: UCST type transition in water2014

    • Author(s)
      Nobuyuki Morimoto, Kanna Muramatsu, Tetsuichi Wazawa, Yuichi Inoue and Makoto Suzuki
    • Journal Title

      Macromolecular Rapid Communications

      Volume: 35 Pages: 103-108

    • DOI

      10.1002/marc.201300798

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparative Study on the Properties of Hydration Water of Na- and K-Halide Ions by Raman OH/OD-stretching Spectroscopy and Dielectric Relaxation Data2014

    • Author(s)
      Yuichiro Okazaki, Tetsuo Taniuchi, George Mogami, Nobuyuki Matubayasi and Makoto Suzuki
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. A

      Volume: 118 Pages: 2922-2930

    • DOI

      10.1021/jp412804d

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydration Structure of CO2-Absorbed 2-Aminoethanol Studied by Neutron Diffraction with the 14N/15N Isotopic Substitution Method2014

    • Author(s)
      Y. Kameda, H. Deguchi, H. Furukawa, Y. Kubota, Y. Yagi, Y. Imai, N. Yamazaki, N. Watari, T. Hirata, and N. Matubayasi
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 118 Pages: 1403-1410

    • DOI

      10.1021/jp411780d

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preferential Solvation: Dividing Surface vs Excess Numbers2014

    • Author(s)
      S. Shimizu and N. Matubayasi
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 119 Pages: in press

    • DOI

      10.1021/jp410567c

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Statistical Thermodynamics for the Molecular Recognition Accompanied by Global Structural Change of a Molecule upon Binding2014

    • Author(s)
      Tomohiko Hayashi, Hiraku Oshima, Tsukasa Mashima, Takashi Nagata, Masato Katahira, and Masahiro Kinoshita
    • Journal Title

      Nucleic Acids Research

      Volume: - Pages: in press

    • DOI

      10.1093/nar/gku382

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Octahedral point-charge model and its application to fragmentmolecular orbital calculations of chemical shifts2014

    • Author(s)
      Qi Gao, Satoshi Yokojima, Dmitri G. Fedorov, Kazuo Kitaura, Minoru Sakurai, Shinichiro Nakamura
    • Journal Title

      Chem. Phy. Lett.

      Volume: 593 Pages: 165-173

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2014.01.001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unrestricted density functional theory based on the fragment molecular orbital method2014

    • Author(s)
      Hiroya Nakata, Dmitri G. Fedorov, Satoshi Yokojima, Kazuo Kitaura, Minoru Sakurai, and Shinichiro Nakamura
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 140 Pages: 144101(1-11)

    • DOI

      10.1063/1.4870261

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anion-Dependence of Fast Relaxation Component in Na-, K-Halide Solutions at Low Concentrations Measured by High-Resolution Microwave Dielectric Spectroscopy2013

    • Author(s)
      G. Mogami, T. Miyazaki, T. Wazawa, N. Matubayasi, and M. Suzuki
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. A

      Volume: 117 Pages: 4851-4862

    • DOI

      10.1021/jp4012119

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydration state change of horse heart cytochrome c corresponding to trifluoroacetic-acid-induced unfolding2013

    • Author(s)
      Yusuke Miyashita, Tetsuichi Wazawa, George Mogami, Satoshi Takahashi, Yoshihiro Sambongi, and Makoto Suzuki
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 104 Pages: 163-172

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2012.11.3825

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 1,3-Diethylurea-enhanced Mg-ATPase activity of skeletal muscle myosin with a converse effect on the sliding motility2013

    • Author(s)
      Tetsuichi Wazawa, Shin-ichiro Yasui, Nobuyuki Morimoto, Makoto Suzuki
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics

      Volume: 1834 Pages: 2620-2629

    • DOI

      10.1016/j.bbapap.2013.08.003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Sugars on the Thermal Stability of a Protein2013

    • Author(s)
      Hiraku Oshima and Masahiro Kinoshita
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 138 Pages: 245101(1-12)

    • DOI

      10.1063/1.4811287

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] On the Physics of Multidrug Efflux through a Biomolecular Complex2013

    • Author(s)
      Hirokazu Mishima, Hiraku Oshima, Satoshi Yasuda, Ken-ichi Amano, and Masahiro Kinoshita
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 139 Pages: 205102(1-13)

    • DOI

      10.1063/1.4832896

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A New Theoretical Approach to Biological Self-Assembly2013

    • Author(s)
      Masahiro Kinoshita
    • Journal Title

      Biophysical Reviews

      Volume: 5 Pages: 283-293

    • DOI

      10.1007/s12551-012-0072-0

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] タンパク質の構造ゆらぎと変化に対する相互作用成分解析2014

    • Author(s)
      松林 伸幸
    • Organizer
      R-GIRO研究プログラム「蛋白質のフォールディングおよびフォールディング病発症機構の解明のための統合研究」セミナー
    • Place of Presentation
      立命館大学、草津
    • Year and Date
      20140314-20140314
    • Invited
  • [Presentation] 大規模分子シミュレーションと溶液理論の融合によるソフト分子集合系の自由エネルギー解析2014

    • Author(s)
      松林 伸幸
    • Organizer
      TCCI 第3回産学連携シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学、名古屋
    • Year and Date
      20140131-20140131
    • Invited
  • [Presentation] All-Atom Analysis of Protein Solvation through Combination of Molecular Simulation and Solution Theory2014

    • Author(s)
      Nobuyuki Matubayasi
    • Organizer
      CMRI International Symposium 2014
    • Place of Presentation
      東北大学、仙台
    • Year and Date
      20140108-20140110
    • Invited
  • [Presentation] 溶液理論に基づく脂質膜効果の自由エネルギー解析2013

    • Author(s)
      松林 伸幸
    • Organizer
      Workshop : CROSSroads of Users and J-PARC 第10回「生体膜とコロイド研究の最前線」
    • Place of Presentation
      いばらき量子ビームセンター、東海
    • Year and Date
      20131218-20131219
    • Invited
  • [Presentation] 拡張型の溶媒和概念に基づくソフト分子集合系の自由エネルギー解析2013

    • Author(s)
      松林伸幸
    • Organizer
      第59回 ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • Place of Presentation
      石垣市民会館, 石垣
    • Year and Date
      20131128-20131201
    • Invited
  • [Presentation] Free-Energy Analysis of Solvation and Membrane Effects on Protein Configurations2013

    • Author(s)
      Nobuyuki Matubayasi
    • Organizer
      3rd International Conference on Molecular Simulation
    • Place of Presentation
      Kobe International Conference Center, Kobe
    • Year and Date
      20131118-20131120
    • Invited
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションで探るCFTRにおける変異の影響2013

    • Author(s)
      小寺充彦, 萩谷朋佳, 古田忠臣, 相馬義郎, 櫻井実
    • Organizer
      第51回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      京都国際会館、京都
    • Year and Date
      20131028-20131030
  • [Presentation] ABCトランスポーターのヌクレオチド結合ドメイン二量体化の理論的解析―ATPと水の 役割2013

    • Author(s)
      林 智彦, 萩谷 朋佳, 千葉峻太朗, 古田忠臣, 吉田 紀生, 櫻井実
    • Organizer
      第51回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      京都国際会館、京都
    • Year and Date
      20131028-20131030
  • [Presentation] 自由エネルギー計算によるハロロドプシンの光駆動イオン輸送メカニズムの解析2013

    • Author(s)
      田村浩之、千葉峻太朗、古田忠臣、櫻庭俊、松林伸幸、櫻井実
    • Organizer
      第51回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      京都国際会館、京都
    • Year and Date
      20131028-20131030
  • [Presentation] 水を主役としたATPエネルギー変換2013

    • Author(s)
      鈴木 誠
    • Organizer
      第3回CSJフェスタ
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀, 東京
    • Year and Date
      20131023-20131023
    • Invited
  • [Presentation] All-Atom Analysis of Protein Solvation through Combination of Molecular Simulation and Solution Theory2013

    • Author(s)
      Nobuyuki Matubayasi
    • Organizer
      CMSI International Symposium 2013 Satellite Meeting 2013 in Nagoya
    • Place of Presentation
      名古屋都市センター、名古屋
    • Year and Date
      20131017-20131019
    • Invited
  • [Presentation] 溶液理論によるソフト分子集合系の自由エネルギー解析2013

    • Author(s)
      松林 伸幸
    • Organizer
      第36回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道大学、札幌
    • Year and Date
      20131009-20131011
    • Invited
  • [Presentation] Solution-Chemistry View of Membrane Effect on Functional Molecules in Solution2013

    • Author(s)
      Nobuyuki Matubayasi
    • Organizer
      International Workshop "From Soft Matter to Protocell"
    • Place of Presentation
      東北大学、仙台
    • Year and Date
      20130918-20130920
    • Invited
  • [Presentation] Hydration study of adenosine phosphates(ATP) and ATP-driven proteins by dielectric relaxation spectroscopy2013

    • Author(s)
      M. Suzuki, G. Mogami, A. Imao, T. Wazawa, N. Morimoto
    • Organizer
      33rd Int. Conf. of Solution Chemistry
    • Place of Presentation
      京都テルサ、京都
    • Year and Date
      20130707-20130712
    • Invited
  • [Presentation] コンピュータシミュレーションによるABCトランスポーターCFTRのゲーティング機 構の解析2013

    • Author(s)
      萩谷朋佳、林智彦、千葉峻太朗、古田忠臣、吉田紀生、相馬義郎、櫻井実
    • Organizer
      第13回蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      とりぎん文化会館、鳥取
    • Year and Date
      20130612-20130614
  • [Presentation] ATP駆動タンパク質周りの水の変化とエネルギー論2013

    • Author(s)
      鈴木 誠
    • Organizer
      新学術領域研究『水を主役としたATPエネルギー変換』終了了公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      KKR東京
    • Year and Date
      20130523-20130523
    • Invited
  • [Presentation] 生命系のエネルギー変換を考えるー筋肉を例にー2013

    • Author(s)
      鈴木 誠
    • Organizer
      新学術領域研究「水和とATP」公開講座「生命のエネルギー物質ATPとは何か?」
    • Place of Presentation
      品川
    • Year and Date
      20130522-20130522
    • Invited
  • [Remarks] 水を主役としたATPエネルギー変換

    • URL

      http://www.material.tohoku.ac.jp/atpwater/index.htm

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 周波数領域蛍光測定装置2014

    • Inventor(s)
      和沢鉄一、鈴木 誠
    • Industrial Property Rights Holder
      和沢鉄一、鈴木 誠
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2014-001292
    • Filing Date
      2014-01-08
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 周波数領域蛍光測定装置2013

    • Inventor(s)
      和沢鉄一、鈴木 誠
    • Industrial Property Rights Holder
      和沢鉄一、鈴木 誠
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2013-192544
    • Filing Date
      2013-09-18

URL: 

Published: 2015-05-28  

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