| 研究課題/領域番号 |
18H05264
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
大区分E
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
中井 浩巳 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00243056)
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| 研究分担者 |
吉川 武司 東邦大学, 薬学部, 准教授 (10754799)
高野 光則 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40313168)
小野 純一 京都大学, 実験と理論計算科学のインタープレイによる触媒・電池の元素戦略研究拠点ユニット, 特定研究員 (30777991)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
196,430千円 (直接経費: 151,100千円、間接経費: 45,330千円)
2022年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
2021年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
2020年度: 19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円)
2019年度: 72,150千円 (直接経費: 55,500千円、間接経費: 16,650千円)
2018年度: 77,220千円 (直接経費: 59,400千円、間接経費: 17,820千円)
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| キーワード | 光受容タンパク質 / 量子的分子動力学法 / 遍在プロトン / バクテリオロドプシン / FoF1-ATP合成酵素 / 光活性イエロータンパク質 / 励起状 態 / 非断熱遷移 / 量子的分子動力学（QMD）法 / バクテリオロドプシン（BR） / 光活性イエロータンパク質（PYP） / 励起状態 / 分割統治型密度汎関数強束縛法 / 励起状態ダイナミクス / GPUアクセラレータ |
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| 研究成果の概要 |
生体分子系においてプロトンは多様な形態で遍在し（遍在プロトン），周囲の構造や電子状態の変化に伴って複雑な動態を示す．その結果生じるプロトン移動は生命現象において重要な寄与を果たす．本研究では，生体分子系全体を量子的に取り扱うための基盤技術の開発と，光受容タンパク質を対象とした応用を実施し，生命現象の微視的機構を遍在プロトンの観点から解明することを目指した．開発では，独自の量子分子動力学法に対して大規模・長時間化，励起状態への拡張，状態間遷移の実現を達成した．応用では，プロトンポンプやチャネルにおいて遍在プロトンがオキソニウムイオンや水酸化物イオンを経由して機能発現に関与する分子機構を解明した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で確立した量子分子動力学法によって，光受容タンパク質を含む多様な生体分子系において遍在プロトンが関わる機能発現機構を，実験では観測困難な高い時空間分解能で解明するための理論基盤技術を創出することに成功した．実際，当初計画にはなかったが，コロナ禍において本手法を駆使した応用として，新型コロナウイルス感染症に対する創薬研究を実施した．その結果，遍在プロトンを戦略として，標的タンパク質に対して高い親和性・反応性を有する候補化合物を選定した．本手法の公開プログラムは世界中で利用されており，バイオに限らず電池や触媒など幅広い分野で成果を挙げている．以上より，本研究の学術的・社会的意義は極めて高い．
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| 評価記号 |
事後評価所見 (区分)
A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの成果があった
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評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる
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