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生体分子機械における化学-力学変換の時空間制御メカニズムの理論的解明

研究課題

研究課題/領域番号 14J01431
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生物物理学
研究機関京都大学

研究代表者

田村 康一  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2015年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード分子動力学シミュレーション / カルモジュリン / 膜タンパク質 / ミトコンドリアタンパク質 / トランスポーター / 分子モーター / 光受容タンパク質 / ハイブリッド QM/MM 法 / QM/MM / ADP/ATP透過担体 / 分子動力学法
研究実績の概要

本年度は、前年度に開発した LRPF 法に関する追加計算を行い、成果をまとめた論文を出版した。
また、前年度に LRPF 法によって導出した、基質が結合していない膜輸送体 ADP/ATP carrier (AAC) の内向き開状態の MD 計算を 1 マイクロ秒延長し、この状態のタンパク質の安定性を確認した。これによって AAC の交互アクセス機構が世界で初めて原子分解能で解明できた。さらに、前年度に LRPF 法によって導出した、基質が結合していない内向き開状態の AAC に対し、阻害剤であるボンクレキン酸 (BA) の結合シミュレーションを行った。具体的には、 AAC と脂質二重膜に対する BA の配向を 24 通り考慮し、各配向に対して 20 ナノ秒の MD 計算を行った。その結果、15 個のシミュレーションで BA が実際にタンパク質に結合した。さらに、これらのトラジェクトリを分類し、代表的な結合状態を持つものを 3 つ選び、各々 1 マイクロ秒まで延長した。これらの計算から、 BA は LRPF 法によって導出したタンパク質構造に安定に結合できることが示された。これらの結果から、 LRPF 法によって導出した AAC の内向き開構造が、実際の状態をある程度反映していることが示された。以上の結果を論文にまとめて投稿した。
また、分子モーター F1-ATPase の加水分解反応に対して 前年度に引き続き QM/MM RWFE-SCF 法を適用し、 empty site に結合した無機リン酸が加水分解反応をアロステリックに制御する仕組みを明らかにしつつある。
さらに、photoactive yellow protein (PYP) の活性部位の水素結合ネットワークが水分子によって再編成される仕組みを同方法によって原子分解能で解明し、論文にまとめて出版した。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Linear response path following: a molecular dynamics method to simulate global conformational changes of protein upon ligand binding2015

    • 著者名/発表者名
      Koichi Tamura and Shigehiko Hayashi
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 11 号: 7 ページ: 2900-2917

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.5b00120

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Role of bulk water environment in regulation of functional hydrogen-bond network in photoactive yellow protein2015

    • 著者名/発表者名
      Koichi Tamura and Shigehiko Hayashi
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B

      巻: 119 号: 51 ページ: 15537-15549

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b07555

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Plausible Model for the Inward-Facing Conformation of ADP/ATP Carrier: A Simulation Study2015

    • 著者名/発表者名
      Koichi Tamura & Shigehiko Hayashi
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM) 2015
    • 発表場所
      Honolulu
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoactive Yellow Proteinの水素結合に関する理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      田村康一、林重彦
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会2015
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Structure of the Inhibitor-Bound Inward-Facing Conformation of ADP/ATP Carrier: A Simulation Study2015

    • 著者名/発表者名
      Koichi Tamura, M. Harunur Rashid & Shigehiko Hayashi
    • 学会等名
      第53回生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 分子シミュレーションによって明らかになったADP/ATP透過担体の内向き開構造のモデル2014

    • 著者名/発表者名
      田村康一
    • 学会等名
      新学術領域「柔らかな分子系」第2回公開シンポジウム
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2014-11-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A plausible model for the structurally unknown inward-facing conformation of ADP/ATP carrier: A molecular dynamics study2014

    • 著者名/発表者名
      Koichi Tamura
    • 学会等名
      第52回生物物理学学会年会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2014-09-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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