Unraveling Protein Chemical Reaction Dynamics through Molecular Simulations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Non-equilibrium-state molecular movies and their applications
• Project/Area Number: 20H05453
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Miyashita Osamu 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 上級研究員 (10620528)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 庄司 光男 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (00593550) ; 篠田 恵子 統計数理研究所, ものづくりデータ科学研究センター, 特任助教 (80646951)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: タンパク質 / 脂質膜 / 分子動力学シミュレーション / 量子古典混合計算 / モデリング / 化学反応解析 / 動的構造解析 / 電子状態

Outline of Final Research Achievements

In this study, we used a variety of theoretical and computational methods to elucidate the dynamic conformational changes of proteins and their chemical reaction mechanisms. Our approaches included chemical reaction analysis using QM/MM (quantum mechanics/molecular mechanics) calculations, large-scale long-time simulations with highly accurate force fields, and hybrid techniques that integrate experimental data with simulations. By incorporating data from molecular movie experiments, which capture structural changes at atomic resolution, we have gained a better understanding of these processes.

Free Research Field

計算構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高速分子動画法を用いた実験データと、量子古典混合計算や分子動力学シミュレーションなどの理論・計算手法を組み合わせることで、タンパク質の動的挙動や反応メカニズムを詳細に解析することが可能になった。このような融合的手法は化学や生物物理学などの学術分野においての基礎理論の発展に貢献する。また、タンパク質の動的構造変化や化学反応機構を解き明かすことは、疾患の原因究明や新しい医薬品の開発、既存薬品の改良につながるものである。