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タンパク質超分子中のプロトン移動機構の電子レベルでの解明

研究課題

研究課題/領域番号 18054004
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, 准教授 (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, 教授 (20334039)
舘野 賢  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 准教授 (40291926)
重田 育照  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (80376483)
研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
2007年度: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2006年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
キーワードハイブリッド計算 / 第一原理分子動力学計算 / 触媒反応 / タンパク質 / 酵素反応 / 電子状態計算 / RNA / 立体構造 / シトクローム酸化酵素 / プロトン移動 / ペプチドグループ / アミドプロトン
研究概要

当該特定領域研究代表者らは,牛由来シトクロームc酸化酵素の結晶構造の決定に基づいて、新たなプロトン移動経路(H-path)を見出し、Tyr440-Ser441間のペプチドグループ(すなわち共有結合)が関与するプロトン移動機構を提唱した。本年度は,密度汎関数法に基づく第一原理分子動力学計算(CPMD)を用いて, Tyr440-Ser441近傍のサイトにおけるケトーエノール互換異性化反応の可能性と、プロトン移動との関係について、電子構造に基づき解析した。その結果,この反応機構における活性化エネルギは約13kcal/molと計算され,実験結果とよい一致を示した。これは,ペプチド基を介した新規のプロトン輸送機構において,水分子などの寄与が不必要であることを示しており,月原・吉川らが提唱する,ケトーエノール互換異性化反応によるプロトン移動機構が,実際にも可能であることを示唆している。
ただしここで計算に用いた分子モデル系は,Tyr440-Ser441およびSer441-Asp442近傍の骨格を中心に抽出したものであるため,その近傍に存在する機能的に重要なCuAサイトとの水素結合や,さらにはサイト内に本来存在する芳香環同志のスタッキングなどの相互作用の寄与が考慮されていない。そこでさらに,こうした重要な相互作用および立体構造を露わに導入し,機能サブユニット全体を含めた超分子モデルの構築も本年度は推進した。このリアルなモデル構築についてもほぼ完了するに至り、今後はこのモデルを用いて、飛躍的に高精度な理論解析を進め,プロトン移動が酵素反応や電子移動とどのように共役しているのかなどの課題についても,そのしくみをさらに明らかにする試みを推進する予定である。

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2008 2007 2006 その他

すべて 雑誌論文 (17件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (18件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Structures and evolutionary origins of plant-specific transcription factor DNA binding domains2008

    • 著者名/発表者名
      Yamasaki, K.・Kigawa, T.・Inoue, M.・Watanabe, S.・Tateno, M, et. al.
    • 雑誌名

      Plant. Physiol. Biochem. 46

      ページ: 394-401

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Possible mechanism of proton transfer through peptide groups in the H-pathway of the Bovine cytochrome c oxidase.2007

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

      J. Ame. Chem. Soc. 129

      ページ: 9663-9663

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First Principles Molecular Dynamics Study of Catalytic Reactions of Biological Macromolecular System: Toward Analyses with QM/MM Hybrid Molecular Simulations.2007

    • 著者名/発表者名
      Boero, M.・Park, J.m.・Hagiwara, Y.・Tateno, M.
    • 雑誌名

      Journal of Physics 19

      ページ: 365217-365217

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-Principles Molecular Dynamics Study of Proton Transfer Mechanism in Bovine Cytochromec Oxidase.2007

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

      Journal of Physics 19

      ページ: 365220-365220

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of Nitrogen Atoms in Reduction of Electron Charge Traps in Hf-based High-k Dielectrics2007

    • 著者名/発表者名
      N., Umezawa・K., Shiraishi・K., Torii・M., Boero, et. al.
    • 雑誌名

      IEEE Electron Dev. Lett. 28

      ページ: 363-363

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydration properties of magnesium and calcium ions from constrained firs principles molecular dynamics2007

    • 著者名/発表者名
      T., Ikeda・M., Boer・K., Terakura
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 127

      ページ: 74503-74503

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excess electron in water different thermodynamic conditions2007

    • 著者名/発表者名
      M., Boero
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A111

      ページ: 12248-12248

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] RNAによる酵素反応の機構--量子力学に基づくシミュレーションが創る「量子構造生物学」への序2007

    • 著者名/発表者名
      舘野, 賢・ボエロ, マウロ
    • 雑誌名

      化学と工業 Jun-60

      ページ: 587-589

    • NAID

      10019487683

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydration of Alkali lons from First Principles Molecular Dynamics Revisited2007

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

      J. Chem. Phys. 126

      ページ: 34501-34501

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Charge Localisation and Hopping in DNA2007

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

      Molecular Simul. 33

      ページ: 57-57

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [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

      J. Phys. Chem. B 110

      ページ: 4443-4443

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] First-Principle Molecular Dynamics Stuay of Bond Disruption and Formation in SiO_2 upon Irradiation2006

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

      Physica B 376-377

      ページ: 945-945

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Water Molecule Adsorption Properties on the BiVO_4 (100) Surface2006

    • 著者名/発表者名
      M.Boero, M.Oshikiri
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B 110

      ページ: 9188-9188

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Double Proton Coupled Charge Transfer in DNA2006

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

      Angew. Chem. Int. Ed. 45

      ページ: 5606-5606

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural, Electronic, and Optical Properties of the Diindenoperylene Molecule from First-Principles Density Functional Theory2006

    • 著者名/発表者名
      L.M.Ramaniah, M.Boero
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A 74

      ページ: 42505-42505

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Hsc70 ATPase : An Insight into Water Dissociation and Joint Catalytic Role of K^+ and Mg^<2+> Metal Cations in the Hyrolysis Reaction2006

    • 著者名/発表者名
      M.Boero, T.Ikeda, E.Ito, K.Terakura
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc. 128

      ページ: 16798-16798

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 第一原理計算が明らかにする生体反応の精巧な仕組み

    • 著者名/発表者名
      舘野, 賢・ボエロ, マウロ
    • 雑誌名

      生物物理 (印刷中)

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Reactive simulations for bilchemical processes: the example of cytochrome c oxidase2008

    • 著者名/発表者名
      ボエロマウロ
    • 学会等名
      Materials-Biology Interface: A Simulation Approach
    • 発表場所
      Institute of Physics and Chemistry of Materials(IPCMS),Strasbourg(France)
    • 年月日
      2008-03-07
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] シトクロ-ム酸化酸素の発現機構の理論的解析2007

    • 著者名/発表者名
      舘野賢・神谷克也・白石賢二・押山淳・ボエロマウロ
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」公開シンポジウム
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンタ,大阪
    • 年月日
      2007-12-18
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 電子相関を露わに導入したQM/MMレプリカ・分子動力学計算法の開発2007

    • 著者名/発表者名
      萩原陽介・重田育照・舘野賢
    • 学会等名
      次世代スーパーコンピューティング・シンポジウム2007
    • 発表場所
      明治安田生命ビル,東京
    • 年月日
      2007-10-03
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 生体超分子・機能発現機構解析のためのQM/MM分子動力学計算システムの開発2007

    • 著者名/発表者名
      重田育照・萩原陽介・舘野賢
    • 学会等名
      次世代スーパーコンピューティング・シンポジウム2007
    • 発表場所
      明治安田生命ビル,東京
    • 年月日
      2007-10-03
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Computational Analyses of reaction mechanisms of biological macromolecules combined with informatical techniques2007

    • 著者名/発表者名
      Masaru Tateno
    • 学会等名
      The 4th Conference of the Asian Consortium on Computational Materials Sciences(ACCMS-4)
    • 発表場所
      Seoul
    • 年月日
      2007-09-10
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 超分子における機能制御機構の量子構造生物学2007

    • 著者名/発表者名
      舘野賢・神谷克也・白石賢二・押山淳・ボエロマウロ
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワ-クショップ
    • 発表場所
      ホテルニュ-アカオ,熱海
    • 年月日
      2007-07-11
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] tRNA依存性アミド基転移酵素におけるアンモニア分子輸送機構の動力学的解析2007

    • 著者名/発表者名
      畔柳成秀・仲田まゆみ・萩原陽介・舘野賢
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワ-クショップ
    • 発表場所
      ホテルニュ-アカオ,熱海
    • 年月日
      2007-07-11
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ロイシルtRNA合成酵素の触媒反応機構の計算科学的解析2007

    • 著者名/発表者名
      萩原陽介・ボエロマウロ・深井周也・濡木理・舘野賢
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワ-クショップ
    • 発表場所
      ホテルニュ-アカオ,熱海
    • 年月日
      2007-07-11
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 生体超分子・機能発現機構解析のためのQM/MM分子動力学計算システムの開発2007

    • 著者名/発表者名
      重田育照・萩原陽介・姜志〓・舘野賢
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワークショップ
    • 発表場所
      ホテルニュ-アカオ,熱海
    • 年月日
      2007-07-11
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ロイシルtRNA合成酵素の触媒反応機構の動力学的解析2007

    • 著者名/発表者名
      萩原陽介・ボエロマウロ・舘野賢
    • 学会等名
      第7回蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      仙台国際センタ、仙台
    • 年月日
      2007-05-24
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ロイシルtRNA合成酵素・tRNALeu複合体の分子動力学シミュレ-ション2007

    • 著者名/発表者名
      Cong, Yulong・萩原陽介・舘野賢
    • 学会等名
      第7回蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      仙台国際センタ、仙台
    • 年月日
      2007-05-24
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 情報科学および計算科学的手法を組み合わせたタンパク質間分子間ドッキング計算手法の開発2007

    • 著者名/発表者名
      橘田和志・舘野賢
    • 学会等名
      第7回蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      仙台国際センタ、仙台
    • 年月日
      2007-05-24
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] GatCABにおけるアンモニア輸送機構の計算科学的解析2007

    • 著者名/発表者名
      畔柳成秀・舘野賢
    • 学会等名
      第7回蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      仙台国際センタ、仙台
    • 年月日
      2007-05-24
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Computer simulations from silicon to DNA: nanoscience in a virtual laboratory2007

    • 著者名/発表者名
      ボエロマウロ
    • 学会等名
      "From Micro to Nanotechnologies" International Workshop
    • 発表場所
      Italian Cultural Institute,Tokyou(Japan)
    • 年月日
      2007-05-17
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Introduction to molecular dynamics-from classical force fields to first principles2007

    • 著者名/発表者名
      ボエロマウロ
    • 学会等名
      Spring College on "Water in Physics, Chemistry and Biology"
    • 発表場所
      International Centre for Theoretical Physics,Trieste(Italy)
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Reactive first principles molecular dynamics2007

    • 著者名/発表者名
      ボエロマウロ
    • 学会等名
      Spring College on "Water in Physics, Chemistry and Biology"
    • 発表場所
      International Centre for Theoretical Physics,Trieste(Italy)
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Water as a catalyst2007

    • 著者名/発表者名
      ボエロマウロ
    • 学会等名
      Spring College on "Water in Physics, Chemistry and Biology"
    • 発表場所
      International Centre for Theoretical Physics,Trieste(Italy)
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ATP Synthase and Cytochrome c Oxidase: Reactive simulations for biochemical processes2007

    • 著者名/発表者名
      ボエロマウロ
    • 学会等名
      10th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations(ASIAN10)
    • 発表場所
      Hiroshima University,Hiroshima(Japan)
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] 計算シミュレーションと分析データ解析2007

    • 著者名/発表者名
      舘野賢(分担執筆)
    • 総ページ数
      220
    • 出版者
      丸善出版
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] Modelling Molecular Structure and Reactivity in Biological Systems2006

    • 著者名/発表者名
      M.Boero, M.Tateno
    • 出版者
      RCS Publishing, Cape Town
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

URL: 

公開日: 2006-04-01   更新日: 2018-03-28  

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