溶媒和ダイナミクスの計算手法開発とATP加水分解過程への応用

• 研究領域: 水を主役としたＡＴＰエネルギー変換
• 研究課題/領域番号: 20118003
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 高橋 卓也 立命館大学, 生命科学部, 教授 (70262102)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円); 2012年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2011年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2010年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円); 2009年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2008年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 水和 / MD / QM / ハイパーモバイル水 / ダイナミクス / 水モデル / ATP 加水分解 / イオン / ATP加水分解

研究概要

ATP 加水分解の各ステップに対応するポリリン酸分子おいて系のダイナミクス変化を記述する各種関数(自己拡散係数や回転緩和時間)を計算し、一部ではバルクより速い水の運動が見つかった。次に単原子分子イオン周囲で、これまで様々な既存の水モデルとイオンパラメタの組み合わせを検証し、バルクより速い水の運動が見いだせないことが確認した。そこでTIP5P モデルを修正した新たな水モデルを開発し、単原子分子イオン周囲でも速い水の運動を再現できるようになった。力場改善のためポリリン酸分子を中心に、電子状態の検討を含めた網羅的な計算を行った。タンパク質など巨大分子での溶媒効果計算を高速に行うための計算手法を発展させ、分子間相互作用の定量的な評価を行えるようになった。

研究成果

• [雑誌論文] Assessment of dynamic properties of water around a monov alent ion: A classical molecular dy namics simulation study (2011)
  • 著者名/発表者名: Ikuo Kurisaki, Takuya Takahashi
  • 雑誌名: Computational and Theoretical Chemistry 巻: 巻:966 ページ: 26-30
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Uniform and Dispersive Calcium Carbonate Nanoparticles in a Protein Cage through Control of Electrostatic Potential (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroko Fukano, Takuya Takahashi, Mamoru Aizawa, and Hideyuki Yoshimura、
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 巻:50 ページ: 6526-6532
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assessment of dynamic properties of water around a monovalent ion : A classical molecular dynamics simulation study (2011)
  • 著者名/発表者名: Ikuo Kurisaki, Takuya Takahashi
  • 雑誌名: Computational and Theoretical Chemistry 巻: 966 号: 1-3 ページ: 26-30
  • DOI: 10.1016/j.comptc.2011.02.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Uniform and Dispersive Calcium Carbonate Nanoparticles in a Protein Cage through Control of Electrostatic Potential (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroko Fukano, Takuya Takahashi, Mamoru Aizawa, Hideyuki Yoshimura
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 50 号: 14 ページ: 6526-6532
  • DOI: 10.1021/ic200117x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assessment of dynamic properties of water around a monovalent ion : A classical molecular dynamics simulation study (2011)
  • 著者名/発表者名: Ikuo Kurisaki, Takuya Takahashi
  • 雑誌名: Computational and Theoretical Chemistry 966 ページ: 26-30
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Habits of Cubic Insulin and Evaluation of Intermolecular Interactions by Macrobond and EET Analyses (2009)
  • 著者名/発表者名: Masanori Ootaki, Shigeru Endo, Yoko Sugawara and Takuya Takahashi
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 巻:311 ページ: 4226-4234
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Habits of Cubic Insulin and Evaluation of Intermolecular Interactions by Macrobond and EET Analyses (2009)
  • 著者名/発表者名: Masanori Ootaki、Shigeru Endo、Yoko Sugawara, Takuya Takahashi
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 311 ページ: 4226-4234
  • 査読あり
• [学会発表] Surface polarity and energy analyses of protein-protein interactions in crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamura, M. Ootaki, S. Endo, T. Takahashi and Y. Sugawara
  • 学会等名: 4th International Symposium on Diffraction Structural Biology
  • 発表場所: 名古屋市中小企業振興会館(愛知県)
  • 年月日: 2013-05-27
• [学会発表] Calculation of dynamics and charges of water around small solute molecules: MD and QM calculations (2012)
  • 著者名/発表者名: Takuya Takahashi
  • 学会等名: 第50 回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県)
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Investigation of force field parameter effect on solvation dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshito Kondo, Takuya Takahashi
  • 学会等名: 第50 回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県)
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Calculation of dynamics and charges of water around small solute molecules: MD and QM calculations (2012)
  • 著者名/発表者名: Takuya Takahashi
  • 学会等名: 第50回 日本生物物理学会 年会
  • 発表場所: 名古屋大学 愛知県
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Investigation of force field parameter effect on solvation dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshito Kondo, Takuya Takahashi
  • 学会等名: 第50回 日本生物物理学会 年会
  • 発表場所: 名古屋大学 愛知県
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Assessment of dynamic properties of water around ions and biomolecules: MD and QM calculations (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也 栗崎以久男
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49 回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学姫路・書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Assessment of dynamic properties of water around ions and biomolecules : MD and QM calculations (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也, 栗崎以久男
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学姫路・書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] MD simulations and QM calculations to elucidate solvation dynamics around several solute molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: Takuya Takahashi
  • 学会等名: The 2nd international symposium on "Multi-scale Simulations of Biological and Soft Materials"
  • 発表場所: Shiran Kaikan, Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 2011-09-10
• [学会発表] リボヌクレーゼA の結晶形の安定性に及ぼす溶媒効果の連続誘電体モデルによる計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋 卓也、猿渡 茂、田草川 英昇、村松 憲吾、菅原 洋子
  • 学会等名: 第11 回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ホテル阪急エキスポパーク(大阪府)
  • 年月日: 2011-06-09
• [学会発表] リボヌクレーゼAの結晶形の安定性に及ぼす溶媒効果の連続誘電体モデルによる計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也、猿渡茂、田草川英昇、村松憲吾、菅原洋子
  • 学会等名: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ホテル阪急エキスポパーク(大阪府)
  • 年月日: 2011-06-09
• [学会発表] MD and QM calculations to reproduce water dynamics around several solute molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也 栗崎以久男
  • 学会等名: 物性研・CMSI・次世代ナノ情報合同研究会
  • 発表場所: 東京大学・柏キャンパス(千葉県)
  • 年月日: 2011-01-05
• [学会発表] MD and QM calculations to reproduce water dynamics around several solute molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也
  • 学会等名: 物性研・CMSI・次世代ナノ情報合同研究会
  • 発表場所: 東京大学・柏キャンパス(千葉)
  • 年月日: 2011-01-05
• [学会発表] MD simulations and QM calculations of water around small solute (2010)
  • 著者名/発表者名: Takuya TAKAHASHI, Ikuo KURISAKI
  • 学会等名: 4th symposium on "Fluctuations and Functions"
  • 発表場所: ピアザ淡海(滋賀県)
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] Challenge to reproduction of hyper-mobile water around monovalent ions: classical molecular dynamics study (2010)
  • 著者名/発表者名: Ikuo KURISAKI 、Takuya TAKAHASHI
  • 学会等名: 4th symposium on " Fluctuations and Functions"
  • 発表場所: ピアザ淡海(滋賀県)
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] Calculations of dynamics of water around biomolecules and ions (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也 栗崎以久男
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48 回年会
  • 発表場所: 東北大学(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Reproduction of dynamics of water around an ion by refining water model (2010)
  • 著者名/発表者名: 栗崎以久男 高橋卓也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48 回年会
  • 発表場所: 東北大学(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Calculations of dynamics of water around biomolecules and ions (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也, 栗崎以久男
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Reproduction of dynamics of water around an ionby refining water model (2010)
  • 著者名/発表者名: 栗崎以久男, 高橋卓也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Reproduction of dynamics of water around an ion by refining water model (2010)
  • 著者名/発表者名: 栗崎以久男, 高橋卓也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(宮城)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Calculations of dynamics of water around biomolecules and ions (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也, 栗崎以久男
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(宮城)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] 生体分子と、その周囲の水のダイナミクスと分極電荷の計算 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也
  • 学会等名: 第10 回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • 年月日: 2010-06-17
• [学会発表] 生体分子とその周囲の水のダイナミクスと分極電荷の計算 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • 年月日: 2010-06-17
• [学会発表] 生体分子と、その周囲の水のダイナミクスと分極電荷の計算 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • 年月日: 2010-06-17
• [学会発表] 立方晶ブタインスリンの晶相変化と分子間相互作用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大滝正訓、猿渡茂、菅原洋子、高橋卓也
  • 学会等名: 第65回物理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学、岡山県
• [学会発表] 溶質周囲の水のダイナミクスと分極電荷の計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 塩見友樹、石尾広武、高橋卓也
  • 学会等名: 第23回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 名古屋市吹上ホール(愛知県)
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] 溶質周囲の水のダイナミクスと分極電荷の計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 塩見友樹、石尾広武、高橋卓也
  • 学会等名: 第23回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 吹上ホール、愛知県
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] Calculations of dynamics and polarized charges of water molecules in ATP hydrolysis (2009)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也、石尾広武 、塩見友樹、鈴木誠
  • 学会等名: 日本生物物理学会第47 回年会
  • 発表場所: 徳島文理大学(徳島県)
  • 年月日: 2009-10-31
• [学会発表] 溶質周囲の水のダイナミクスと分極電荷計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 塩見友樹、石尾広武、高橋卓也
  • 学会等名: 第3 回分子科学討論会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県)
  • 年月日: 2009-09-24
• [学会発表] 生体分子およびイオン周囲の水のMD シミュレーションと量子化学計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高橋 卓也、猿渡 茂、田草川 英昇、村松 憲吾、菅原 洋子
  • 学会等名: 第9 回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 熊本全日空ホテルニュースカイ(熊本県)
  • 年月日: 2009-05-22
• [学会発表] 生体分子およびイオン周囲の水のMDシミュレーションと量子化学計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 熊本全日空ホテルニュースカイ、熊本県
• [学会発表] Calculations of dynamics and polarized charges of water molecules in ATP hydrolysis (2009)
  • 著者名/発表者名: Takuya Takahashi, Hiromu Ishio, Tomoki Shiomi, Makoto Suzuki
  • 学会等名: 日本生物物理学会第47回年会
  • 発表場所: 徳島文理大学、徳島県
• [学会発表] 溶質分子周囲の水のダイナミックス計算 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也
  • 学会等名: 分子の電荷と形の効果、学会名等:バイオスーパーコンピューティングシンポジウム(BSCS)2008
  • 発表場所: MY PLAZAホール(東京都)
  • 年月日: 2008-12-26
• [学会発表] Investigation of hydrating water dynamics through MD and QM (2008)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第46 回年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡県)
  • 年月日: 2008-12-04
• [学会発表] 分子動力学と量子化学計算による水和現象の予測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 塩見友樹、高橋卓也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第46 回年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡県)
  • 年月日: 2008-12-03
• [学会発表] 分子動力学と量子化学計算による水和現象の予測Investigation of hydrating water dynamics through MD and QM (2008)
  • 著者名/発表者名: 高橋卓也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第46回年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡県)
  • 年月日: 2008-12-03
• [学会発表] Three-dimensional imaging of interface atoms using crystal-truncation rod scattering (2008)
  • 著者名/発表者名: Masanori Ootaki, Shigeru Endo, Yoko Sugawara, Takuya Takahashi, and Masayosi Nakasako
  • 学会等名: XXI Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: 大阪国際会議場(大阪府)
• [図書] Molecular Dynamics - Studies of Synthetic and Biological Macromolecules, Practical Estimation of TCR-pMHC Binding Free-Energy Based on the Dielectric Model and the Coarse-Grained Model (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsurui Hiromichi, Takuya Takahashi
  • 総ページ数: 432
  • 出版者: InTech - Open Access Company
• [図書] Molecular Dynamics-Studies of Synthetic and Biological Macrom olecules, ISBN:978-953-51-0444-5 Practical Estimation of TCR-pMHC Binding Free-Energy Based on the Dielectric Model and the Coarse-Grained Model (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsurui Hiromichi, Takuya Takahashi
  • 総ページ数: 432
  • 出版者: InTech-Open Access Company
• [備考]
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/~tkhs/kaken.pdf
• [備考] http://www.ritsumei.ac.jp/~tkhs/kaken.pdf
• [備考]
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/~tkhs/kaken.pdf
• [備考]
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/~tkhs/kaken21.pdf