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計算化学的ミューテーションによる酵素の反応制御と設計

Research Project

Project/Area Number 12J05081
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Chemistry related to living body
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

土井富 一城  九州大学, 先導物質化学研究所, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords酵素 / 理論計算 / QM/MM / 変異型 / 密度汎関数法 / 変異型酵素 / ヒドロゲナーゼ / ミューテーション
Outline of Annual Research Achievements

生体内の様々な化学反応は、多くの場合、活性中心に金属を含む酵素によって触媒されている。酵素は酸化還元反応、光合成など現代科学がターゲットにしている化学反応を温和な条件下で高選択的に行っている。また、酵素は高い基質特異性を持っているので、ミューテーションや金属の置換によって触媒する分子を制御する研究が盛んに行われている。しかし、酵素反応は非常に短命な中間体を含んでおり、反応経路の予測や活性中心近傍に存在する金属イオン、アミノ酸残基の機能の解析が難しいことも多く、酵素の改変を行うための知見は多くない。一方、理論計算はこの不安定な中間体の予測、金属イオンやアミノ酸残基の役割を予測する上で大きな力を発揮しており、人工酵素の作成を行う上でも理論計算による反応機構の解析は非常に有用であると考える。本研究では理論計算による変異酵素の反応制御と設計について研究を行い、効率的な変異酵素を予見する。
研究対象はジオールデヒドラターゼによる1,2-プロパンジオールの脱水反応である。活性中心に存在するアミノ酸残基の機能を計算ミューテーションを用いることで明らかにした。また、計算ミューテーションにより計算された変異型の野生型に対する相対活性は実験値と計算値で非常によく一致した。このことは計算ミューテーションを用いることで変異型酵素の活性を予測できると期待できる。この結果に関する論文は現在投稿中である。この研究成果に関して国内外の学会で発表を行い、高い評価を得ている。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2015 2014 2013 2012

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (20 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Computational Mutation Design of Diol Dehydratase: Catalytic Ability toward Glycerol beyond the Wild-Type Enzyme2014

    • Author(s)
      Doitomi, K.; Tanaka, H.; Kamachi, T.; Toraya, T.; Yoshizawa, K.
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 87 Issue: 9 Pages: 950-959

    • DOI

      10.1246/bcsj.20140115

    • NAID

      130004153315

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Computational Mutation Analysis of Enzymatic Reaction2012

    • Author(s)
      土井富一城, 他
    • Journal Title

      YAKUGAKU ZASSHI

      Volume: 132 Issue: 11 Pages: 1297-1305

    • DOI

      10.1248/yakushi.12-00212

    • NAID

      130001871985

    • ISSN
      0031-6903, 1347-5231
    • Year and Date
      2012-11-01
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanism of Glycerol Dehydration by Diol Dehydratase from Combined QM/MM Calculations2012

    • Author(s)
      K. Doitomi, et al.
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 51 Issue: 45 Pages: 9202-9210

    • DOI

      10.1021/bi300488u

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 計算ミューテーションを用いたジオールデヒドラターゼの触媒残基の機能解析2015

    • Author(s)
      土井富一城、蒲池高志、虎谷哲夫、吉澤一成
    • Organizer
      第95回日本化学会春季年会
    • Place of Presentation
      日本大学船橋キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 計算ミューテーションを用いた酵素機能の解析2014

    • Author(s)
      土井富一城、蒲池高志、虎谷哲夫、吉澤一成
    • Organizer
      第8回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Inactivation Mechanism of Glycerol Dehydration by Diol Dehydratase from QM/MM Computations2014

    • Author(s)
      K. Doitomi, T. Kamachi, T. Toraya, K. Yoshizawa
    • Organizer
      41th International Conference of Coordination Chemistry
    • Place of Presentation
      Singapore, Singapore
    • Year and Date
      2014-07-21 – 2014-07-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Computational Mutation Study on Dehydration Reactions by Diol Dehydratase2014

    • Author(s)
      K. Doitomi, T. Kamachi, T. Toraya, K. Yoshizawa
    • Organizer
      5th French-Japanese Workshop on Computational Methods in Chemistry
    • Place of Presentation
      France, Strasbourg
    • Year and Date
      2014-06-30
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 計算ミューテーションによる酵素反応の最適化2014

    • Author(s)
      土井富一城、田中宏昌、蒲池高志、虎谷哲夫、吉澤一成
    • Organizer
      第41回生体分子科学討論会
    • Place of Presentation
      九州大学西新プラザ
    • Year and Date
      2014-06-07
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] QM/MM法を用いたジオールデヒドラターゼのグリセロール脱水反応のミューテーション解析2014

    • Author(s)
      土井富一城、蒲池高志、虎谷哲夫、吉澤一成
    • Organizer
      第17回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス
    • Year and Date
      2014-05-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Computational Mutation Design of Diol Dehydratase : Catalytic Ability toward Glycerol beyond the Wild-Type Enzyme2014

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      The 3^<rd> International Conference on MEXT Project of Integrated Research on Chemical Synthesis
    • Place of Presentation
      九州大学西神プラザ(福岡県福岡市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 計算化学的ミューテーションによるジオールデヒドラターゼのグリセロール脱水反応の解析2013

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      日本化学会第93回春季年会
    • Place of Presentation
      滋賀県草津市立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • Year and Date
      2013-03-24
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] QM/MM計算による変異型ジオールデヒドラターゼの解析2013

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      第16回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      福岡市健康づくりサポートセンター(福岡県福岡市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 計算化学的ミューテーションを用いた酵素反応の解析2013

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      九重分光セミナー
    • Place of Presentation
      九州地区国立大学九重共同研修所(大分県玖珠郡九重町)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 計算化学的ミューテーションによるジオールデヒドラターゼの反応解析2013

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      第53回分子科学若手夏の学校
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] ジオールデヒドラターゼによるグリセロール脱水反応のミューテーション解析2013

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      第112回触媒討論会
    • Place of Presentation
      秋田大学手形キャンパス(秋田県秋田市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] QM/MM法によるジオールデヒドラターゼのミューテーション解析2013

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      第7回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      京都テルサ(京都府京都市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 計算ミューテーションによるジオールデヒドラターゼの反応解析2013

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      第4回統合物質シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Computational Mutation Analysis of Diol Dehydratase in Glycerol Dehydration2013

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      5^<th> JCS International Symposium on Theoretical Chemistry
    • Place of Presentation
      東大寺カルチャーセンター(奈良県奈良市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] [NiRu]錯体による水素活性化機構に関する研究2013

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      第94回日本化学会春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] ジオールデヒドラターゼによるグリセロール脱水反応に関する理論的研究2012

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      第110回触媒討論会
    • Place of Presentation
      福岡 九州大学伊都キャンパス
    • Year and Date
      2012-09-24
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] QM/MM法を用いたジオールデヒドラターゼのグリセロール脱水反応に関する研究2012

    • Author(s)
      土井富一城
    • Organizer
      第6回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京 東京大学本郷キャンパス
    • Year and Date
      2012-09-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Study On The Mechanism of Glycerol Dehydration By Diol Dehydratase2012

    • Author(s)
      K. Doitomi
    • Organizer
      Seventh International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
    • Place of Presentation
      韓国済州島
    • Year and Date
      2012-07-05
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] QM/MM法を用いたジオールデヒドラターゼの活性制御に関する理論的研究2012

    • Author(s)
      土井富―城
    • Organizer
      京コンピューダ・シンポジウム2012
    • Place of Presentation
      神戸 神戸大学統合研究拠点
    • Year and Date
      2012-06-14
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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