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チトクローム酸化酵素におけるプロトンポンプ機構の電子レベルでの解明

研究課題

研究課題/領域番号 17053002
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関筑波大学

研究代表者

BOERO Mauro  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 助教授 (40361315)

研究分担者 白石 賢二  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 助教授 (20334039)
押山 淳  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (80143361)
岡田 晋  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (70302388)
研究期間 (年度) 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2005年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
キーワード量子論 / プロトン移動 / 電子移動 / 理論 / 第一原理計算 / タンパク質 / チトクローム酸化酵素 / ヘム
研究概要

17年度は、(1)チトクローム酸化酵素(CCO)中のプロトン移動径路の電子レベルでの解明、及び(2)CCO中のヘムaの電子状態の酸化・還元による変化の第一原理量子論による検討、の2つのテーマを中心に研究を行った。以下に各テーマの成果概要を箇条書きで述べる。
(1)
月原らによって提案されているCCO中のH径路におけるプロトン移動機構を第一原理計算によって考察した。特に焦点を絞ったのは、H径路の終点であるAsp51直前に位置するターン構造を持つペプチド結合を通したプロトン移動の可能性である。その結果、ケト形のペプチド結合のC=0二重結合にプロトンが添加されるとその反対側のN-H結合からプロトンがAsp51に渡されること、さらにその後C=0二重結合に添加されたプロトンは直接Asp51付近のN原子に移動するより、隣接するペプチド結合中のN原子を経由して移動する方がエネルギー的に23kcal/mol程度活性化障壁が低下することを明らかにした。この結果は、ターン構造をもつペプチド結合は周囲の環境によってはプロトン移動の径路になることを示している。本成果は、従来の水素結合を通したプロトン移動とは全く別の機構のプロトン移動径路の存在の可能性を明らかにしたことでその意義は大きい。
(2)
H径路付近に存在するヘムaの酸化・還元による電子状態変化を電子レベルで解明した。その結果、ヘムaを還元して電子を添加すると、添加された電子は基本的にポルフィリン環のπ軌道に収容されることを明らかにした。これは鉄イオン上における極めて強いクーロン反発力のため、鉄のd軌道が還元時に大きく上昇することがその起源であることも解明した。その結果として鉄イオンから遠く離れたホルミル基の0の周辺にまで電子移動は起こり、ホルミル基近傍に存在するArg38の影響でホルミル基周辺の電子増加量は非常に大きくなることを明らかにした。

報告書

(1件)
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2006 2005

すべて 雑誌論文 (17件)

  • [雑誌論文] Enol-to-keto Tautomerism of Peptide Groups2006

    • 著者名/発表者名
      K.Kamiya, M.Boero, K.Shiraishi, A.Oshiyama
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B 110

      ページ: 4443-4443

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Density and Temperature Dependence of Proton Diffusion in Water : a Firs Principles Molecular Dynamics Study2005

    • 著者名/発表者名
      M.Boero, T.Ikeshoji, K.Terakura
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Chem. 6

      ページ: 1775-1775

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Double-Metal-Ion/Single-Metal-Ion Mechanisms of the Cleavage Reaction of Ribozymes : First-Principles Molecular Dynamics Simulations of a Fully Hydrated Model System2005

    • 著者名/発表者名
      M.Boero, M.Tateno, K.Terakura, A.Oshiyama
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation 1

      ページ: 925-925

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Charge Localization in DNA Fibers2005

    • 著者名/発表者名
      F.L.Gervasio, A.Laio, M.Parrinello, M.Boero
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 94

      ページ: 158103-158103

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Free Energy Molecular Dynamics Simulations of Pulsed-Laser-Irradiated SiO_22005

    • 著者名/発表者名
      M.Boero, A.Oshiyama, P.L.Silvestrelli, K.Murakami
    • 雑誌名

      Applied Physic Letters 86

      ページ: 201910-201910

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Carbon three-dimensional architecture formed by intersectional collision of graphite patches2005

    • 著者名/発表者名
      T.Kawai, S.Okada, Y.Miyamoto, A.Oshiyama
    • 雑誌名

      Physical.Review.B 72

      ページ: 35428-35428

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] New Electron States that Float on semiconductor and Metal Surface2005

    • 著者名/発表者名
      S.Okada, Y.Enomoto, K.Shiraishi, A.Oshiyama
    • 雑誌名

      Surface Science 585

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Electronic Structure of Semiconducting Nanotubes Adsorbed on Metal Surfaces2005

    • 著者名/発表者名
      S.Okada, A.Oshiyama
    • 雑誌名

      Physical.Review.Letters 95

      ページ: 206804-206804

    • NAID

      120007131628

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Energetics and Electronic Structures of Potassium Intercalated C60-Peapods2005

    • 著者名/発表者名
      S.Okada
    • 雑誌名

      Physical.Review.B 72

      ページ: 153409-153409

    • NAID

      120007131643

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Hydrophobic/hydrophilic Interactions of Water with Alkanethiolate Chains from First Principles Calculations2005

    • 著者名/発表者名
      P.L.Silvestrelli, F.Ancilotto, F.Toigo, C.Sbraccia, T.Ikeda, M.Boero
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Chem. 6

      ページ: 1889-1889

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of nitrogen on diffusion in silicon oxynitride2005

    • 著者名/発表者名
      M.Uematsu, H.Kageshima, K.Shiraishi
    • 雑誌名

      Japanease Journal of Applied Physics PART 1 44

      ページ: 7756-7756

    • NAID

      10016870318

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Role of nitrogen incorporation into Hf-based high-k gate dielectrics for termination of local current leakage paths2005

    • 著者名/発表者名
      H.Watanabe, S.Kamiyama, N.Umezawa, K.Shiraishi, S.Yoshida, Y.Watanabe, T.Arikado, T.Chikyow, K.Yamada, K.Yasutake
    • 雑誌名

      Japanease Journal of Applied Physics PART 2 44

    • NAID

      10016856711

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Improvement of interfacial layer reliability by incorporation of deuterium into HfAlOx formed by D_2O-ALD2005

    • 著者名/発表者名
      K.Torii, T.Kawahara, K.Shiraishi
    • 雑誌名

      IEEE Electron Device Letters 26

      ページ: 722-722

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A practical treatment for the three-body interactions in the transcorrelated variational Monte Carlo method : Application to atoms from lithium to neon2005

    • 著者名/発表者名
      N.Umezawa, S.Tsuneyuki, T.Ohno, K.Shiraishi, T.Chikyow
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 122

      ページ: 224101-224101

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] An ab initio-based approach to Ga adatom migration on GaAs(n11)A-(001) non-planar surfaces2005

    • 著者名/発表者名
      T.Ito, K.Asano, T.Akiyama, K.Nakamura, K.Shiraishi, A.Taguchi
    • 雑誌名

      Applied.Surface.Science 244

      ページ: 178-178

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Theoretical investigation of phase transition on GaAs(001)-c(4x4) surface2005

    • 著者名/発表者名
      H.Ishizaki, T.Akiyama, K.Nakamura, K.Shiraishi, A.Taguchi, T.Ito
    • 雑誌名

      Applied.Surface.Science 244

      ページ: 186-186

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] First-principles studies of the intrinsic effect of nitrogen atoms on reduction in gate leakage current through Hf-based high-k dielectrics2005

    • 著者名/発表者名
      N.Umezawa, K.Shiraishi, T.Ohno, H.Watanabe, T.Chikyow, K.Torii, K.Yamabe, K.Yamada, H.Kitajima, T.Arikado
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 86

      ページ: 143507-143507

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2018-03-28  

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