• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2007 Fiscal Year Annual Research Report

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 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)
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
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。

  • Research Products

    (28 results)

All 2008 2007 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (18 results) Book (1 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

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Possible mechanism of proton transfer through peptide groups in the H-pathway of the Bovine cytochrome c oxidase.2007

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

      J. Ame. Chem. Soc. 129

      Pages: 9663

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] First Principles Molecular Dynamics Study of Catalytic Reactions of Biological Macromolecular System: Toward Analyses with QM/MM Hybrid Molecular Simulations.2007

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

      Journal of Physics 19

      Pages: 365217

    • Peer Reviewed
  • [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

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Role of Nitrogen Atoms in Reduction of Electron Charge Traps in Hf-based High-k Dielectrics2007

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

      IEEE Electron Dev. Lett. 28

      Pages: 363

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydration properties of magnesium and calcium ions from constrained firs principles molecular dynamics2007

    • Author(s)
      T., Ikeda・M., Boer・K., Terakura
    • Journal Title

      J. Chem. Phys. 127

      Pages: 74503

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Excess electron in water different thermodynamic conditions2007

    • Author(s)
      M., Boero
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. A111

      Pages: 12248

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] RNAによる酵素反応の機構--量子力学に基づくシミュレーションが創る「量子構造生物学」への序2007

    • Author(s)
      舘野, 賢・ボエロ, マウロ
    • Journal Title

      化学と工業 Jun-60

      Pages: 587-589

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 第一原理計算が明らかにする生体反応の精巧な仕組み

    • Author(s)
      舘野, 賢・ボエロ, マウロ
    • Journal Title

      生物物理 (印刷中)

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Reactive simulations for bilchemical processes: the example of cytochrome c oxidase2008

    • Author(s)
      ボエロマウロ
    • Organizer
      Materials-Biology Interface: A Simulation Approach
    • Place of Presentation
      Institute of Physics and Chemistry of Materials(IPCMS),Strasbourg(France)
    • Year and Date
      2008-03-07
  • [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)
    • Year and Date
      20071029-31
  • [Presentation] Introduction to molecular dynamics-from classical force fields to first principles2007

    • Author(s)
      ボエロマウロ
    • Organizer
      Spring College on "Water in Physics, Chemistry and Biology"
    • Place of Presentation
      International Centre for Theoretical Physics,Trieste(Italy)
    • Year and Date
      20070410-21
  • [Presentation] Reactive first principles molecular dynamics2007

    • Author(s)
      ボエロマウロ
    • Organizer
      Spring College on "Water in Physics, Chemistry and Biology"
    • Place of Presentation
      International Centre for Theoretical Physics,Trieste(Italy)
    • Year and Date
      20070410-21
  • [Presentation] Water as a catalyst2007

    • Author(s)
      ボエロマウロ
    • Organizer
      Spring College on "Water in Physics, Chemistry and Biology"
    • Place of Presentation
      International Centre for Theoretical Physics,Trieste(Italy)
    • Year and Date
      20070410-21
  • [Presentation] シトクロ-ム酸化酸素の発現機構の理論的解析2007

    • Author(s)
      舘野賢・神谷克也・白石賢二・押山淳・ボエロマウロ
    • Organizer
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      千里ライフサイエンスセンタ,大阪
    • Year and Date
      2007-12-18
  • [Presentation] 電子相関を露わに導入したQM/MMレプリカ・分子動力学計算法の開発2007

    • Author(s)
      萩原陽介・重田育照・舘野賢
    • Organizer
      次世代スーパーコンピューティング・シンポジウム2007
    • Place of Presentation
      明治安田生命ビル,東京
    • Year and Date
      2007-10-03
  • [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

    • Author(s)
      重田育照・萩原陽介・舘野賢
    • Organizer
      次世代スーパーコンピューティング・シンポジウム2007
    • Place of Presentation
      明治安田生命ビル,東京
    • Year and Date
      2007-10-03
  • [Presentation] Computational Analyses of reaction mechanisms of biological macromolecules combined with informatical techniques2007

    • Author(s)
      Masaru Tateno
    • Organizer
      The 4th Conference of the Asian Consortium on Computational Materials Sciences(ACCMS-4)
    • Place of Presentation
      Seoul
    • Year and Date
      2007-09-10
  • [Presentation] 超分子における機能制御機構の量子構造生物学2007

    • Author(s)
      舘野賢・神谷克也・白石賢二・押山淳・ボエロマウロ
    • Organizer
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワ-クショップ
    • Place of Presentation
      ホテルニュ-アカオ,熱海
    • Year and Date
      2007-07-11
  • [Presentation] tRNA依存性アミド基転移酵素におけるアンモニア分子輸送機構の動力学的解析2007

    • Author(s)
      畔柳成秀・仲田まゆみ・萩原陽介・舘野賢
    • Organizer
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワ-クショップ
    • Place of Presentation
      ホテルニュ-アカオ,熱海
    • Year and Date
      2007-07-11
  • [Presentation] ロイシルtRNA合成酵素の触媒反応機構の計算科学的解析2007

    • Author(s)
      萩原陽介・ボエロマウロ・深井周也・濡木理・舘野賢
    • Organizer
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワ-クショップ
    • Place of Presentation
      ホテルニュ-アカオ,熱海
    • Year and Date
      2007-07-11
  • [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

    • Author(s)
      重田育照・萩原陽介・姜志〓・舘野賢
    • Organizer
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワークショップ
    • Place of Presentation
      ホテルニュ-アカオ,熱海
    • Year and Date
      2007-07-11
  • [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

    • Author(s)
      萩原陽介・ボエロマウロ・舘野賢
    • Organizer
      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
  • [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

    • Author(s)
      Cong, Yulong・萩原陽介・舘野賢
    • Organizer
      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
  • [Presentation] 情報科学および計算科学的手法を組み合わせたタンパク質間分子間ドッキング計算手法の開発2007

    • Author(s)
      橘田和志・舘野賢
    • Organizer
      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
  • [Presentation] GatCABにおけるアンモニア輸送機構の計算科学的解析2007

    • Author(s)
      畔柳成秀・舘野賢
    • Organizer
      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
  • [Presentation] Computer simulations from silicon to DNA: nanoscience in a virtual laboratory2007

    • Author(s)
      ボエロマウロ
    • Organizer
      "From Micro to Nanotechnologies" International Workshop
    • Place of Presentation
      Italian Cultural Institute,Tokyou(Japan)
    • Year and Date
      2007-05-17
  • [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

URL: 

Published: 2010-02-04   Modified: 2016-04-21  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi