2013 Fiscal Year Annual Research Report
生体酵素における反応機構と反応制御機構解明のための理論的研究
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24750007
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
庄司 光男 筑波大学, 数理物質系, 助教 (00593550)
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| Keywords | QM/MM / 酵素 / 反応機構 / トレオニン合成酵素 / 亜硝酸還元酵素 / 反応制御 / スーパーコンピュータ |
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| Research Abstract |
酵素は生命現象に不可欠な化学反応を担っており、効率的に物質変換やエネルギー変換を行っている。単純な酵素反応は理論解析が進んでいるが、複雑な反応過程を持つ酵素反応機構は未だ解明がなされていない。非常に興味深い化学反応を触媒するトレオニン合成酵素(ThrS)、亜硝酸還元酵素(NiR)、一酸化窒素還元酵素(NOR)、DNAトポイソメラーゼ(Topo)に注目し、量子古典混合計算(QM/MM)法により反応機構解明を行った。スーパーコンピュータを用いた大規模並列計算により、プロトン化状態、水素結合ネットワーク、水の有無、反応経路についての網羅的検証を可能にした事で、複雑な反応機構を初めて明らかにした。
トレオニン合成酵素については生成物支援触媒の仕組みを明らかにしたことで、酵素反応の学術的理解が進むのみならず、酵素や精密有機合成における効率的反応進行や主反応・副反応の制御に応用していく上で極めて重要な示唆を与えた。それにより、新薬開発への発展も期待される。
また、スーパーコンピュータを利用することでリアリステックな計算モデルを用いることができるようになり、実験結果と多くの対応がつけられるようになった。今後はより多くの実験結果と比較検討していくことで、理論計算の正確さと理論的アプローチの有用性の向上に取り組む。
近年、計算機性能は目覚ましく向上している。計算科学的アプローチは、今後、より短時間でより膨大な探索を行うことが可能になる。生命現象が分子レベルで詳しく解明されていくのみならず、化学、材料、医療分野での革新的進展に貢献できると期待される。
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[Journal Article] A QM/MM Study of the l-Threonine Formation Reaction of Threonine Synthase: Implications into the Mechanism of the Reaction Specificity2014
Author(s)
M. Shoji, K. Hanaoka, Y. Ujiie, W. Tanaka, D. Kondo, H. Umeda, Y. Kamoshida, M. Kayanuma, K. Kamiya, K. Shiraishi, Y. Machida, T. Murakawa, H. Hayashi
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 136
Pages: 4525-4533
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] トレオニン合成酵素における反応特異性についての理論的解明2013
Author(s)
庄司 光男, 氏家 謙, 田中 弥, 花岡 恭平, 梅田 梅田, 栢沼 愛, 神谷 克政, 白石 賢二, 町田 康博, 村川 武志, 林 秀行
Organizer
第86回日本生化学会大会
Place of Presentation
パシフィコ横浜
Year and Date
20130911-20130912
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