タンパク質機能の自由エネルギー解析と機能制御の分子基盤

• 研究課題/領域番号: 23550035
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 石田 豊和 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 研究班長/主任研究員 (70443166)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 酵素反応 / オロチジン一リン酸脱炭酸酵素 / QM/MM計算 / 自由エネルギー計算 / 遷移状態安定化 / 基底状態不安定化 / 相互作用エネルギー解析 / 生体分子シミュレーション / オロチジンーリン酸脱炭酸酵素 / アミノ酸変異 / 理論化学 / 電子状態計算 / 分子動力学計算

研究概要

酵素触媒の主要因として、遷移状態を安定化する静電相互作用の重要性は良く知られている。これとは別に、原理的には基底状態を不安定化することでも反応加速効果が得られるが、この作業仮説を巡っては多くの論争が繰り返されてきた。本作業仮説を検証するため、オロチジン一リン酸脱炭酸酵素を例にとり、QM/MM法を主とした複合モデリング計算を実行し、基質歪みが酵素活性に与える影響を詳細に解析した。一連の計算結果から、本酵素でも遷移状態／反応中間体を安定化する反応場の効果が確かめられたが、その一方、基質歪みの影響で活性化エネルギーが相対的に低下し、基底状態の不安定化が無視出来ない影響を持つ事も確認出来た。

研究成果

• [雑誌論文] Substrate Distortion Contributes to the Catalysis of Orotidine 5′-Monophosphate Decarboxylase (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤橋雅宏、石田 豊和、黒田新悟、Lakshmi P. Kotra, Emil F. Pai, 三木邦夫
  • 雑誌名: JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 巻: 135巻 号: 46 ページ: 17432-17443
  • DOI: 10.1021/ja408197k
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大規模量子計算を基礎とした酵素反応研究の現状と今後の展望 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 53 巻 ページ: 326-327
  • NAID: 10031203613
  • 査読あり
• [雑誌論文] 複合シミュレーション手法によるタンパク質機能の分子シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 雑誌名: アンサンブル 巻: 14 巻 ページ: 32-39
  • NAID: 130004566722
  • 査読あり
• [雑誌論文] タンパク質機能の分子シミュレーション : 基質認識と酵素反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: 64 巻 ページ: 626-626
  • NAID: 10029282496
  • 査読あり
• [雑誌論文] タンパク質機能の分子シミュレーション: 基質認識と酵素反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: ６４巻 ページ: 626-626
  • NAID: 10029282496
  • 査読あり
• [学会発表] 酵素活性における基質歪みの効果:ODCase の酵素反応を例として (2014)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和, 藤橋雅宏
  • 学会等名: 日本化学会第94回春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(愛知県)
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] タンパク質機能の分子シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 第6回産総研ナノシステム連携促進フォーラム
  • 発表場所: 秋葉原コンベンションホール(東京都)
  • 年月日: 2014-02-27
• [学会発表] 酵素活性における基質歪みの効果：ODCaseの酵素反応を例として (2014)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和、藤橋雅宏
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス（愛知県）
• [学会発表] タンパク質機能の分子シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 第6回 産総研ナノシステム連携促進フォーラム
  • 発表場所: 秋葉原コンベンションホール（東京都）
• [学会発表] Computational modeling of protein functions: molecular recognition and enzymatic catalysis (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 第5回 JCS 理論化学国際会議
  • 発表場所: 東大寺総合文化センター(奈良県)
  • 年月日: 2013-12-03
• [学会発表] 酵素活性における基質歪みの効果 : ODCase の酵素反応を例として (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和, 藤橋雅宏
  • 学会等名: 第7回分子科学討論会 2013 京都
  • 発表場所: 京都テルサ(京都府)
  • 年月日: 2013-09-25
• [学会発表] 複合シミュレーション手法で探るオロチジン一リン酸脱炭酸酵素の触媒機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和, 藤橋雅宏
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館(鳥取県)
  • 年月日: 2013-06-14
• [学会発表] オロチジン一リン酸脱炭酸酵素の反応触媒機構の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤橋雅宏, 石田豊和, 黒田新悟, 三登一八, Lakshmi P. Kotra, Emil F. Pai, 三木邦夫
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館(鳥取県)
  • 年月日: 2013-06-13
• [学会発表] 複合シミュレーションによる ODCase の反応機構解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和, 藤橋雅宏
  • 学会等名: 日本化学会第93回春季年会
  • 発表場所: 立命館大学びわこくさつキャンパス(滋賀県)
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 高分解能結晶構造と計算科学の融合によるノロウィルス糖鎖認識機構の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和, 白土東子, 成松久, 久保田智巳
  • 学会等名: 第12回産総研-産技連 LS-BT 合同研究発表会
  • 発表場所: 産総研つくばセンター共用講堂(茨城県)
  • 年月日: 2013-02-05
• [学会発表] Computer simulation of protein function: molecular recognition and enzymatic catalysis (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: Nagoya Symposium: Frontiers in structural physiology
  • 発表場所: 名古屋大学 豊田講堂(愛知県)
  • 年月日: 2013-01-23
• [学会発表] Computational Modeling of Protein Functions: Molecular Recognition and Enzymatic Catalysis (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 第５回JCS理論化学国際会議
  • 発表場所: 東大寺総合文化センター（奈良県）
  • 招待講演
• [学会発表] 酵素活性における基質歪みの効果:ODCaseの酵素反応を例として (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和、藤橋雅宏
  • 学会等名: 第7回分子科学討論会 2013京都
  • 発表場所: 京都テルサ（京都府）
• [学会発表] 複合シミュレーション手法で探るオロチジン一リン酸脱炭酸酵素の触媒機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和、藤橋雅宏
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 鳥取市 とりぎん文化会館（鳥取県）
• [学会発表] オロチジン一リン酸脱炭酸酵素の反応触媒機構の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤橋雅宏、石田 豊和、黒田新悟、三登一八、Lakshmi P. Kotra, Emil F. Pai, 三木邦夫
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 鳥取市 とりぎん文化会館（鳥取県）
• [学会発表] Computer Simulation of Protein Function: Molecular Recognition and Enzymatic Catalysis (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: Nagoya Symposium : Frontiers in Structural Physiology
  • 発表場所: 名古屋大学・豊田講堂
• [学会発表] 複合シミュレーションによるODCaseの反応機構解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和、藤橋雅宏
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会 (2013)
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャン パス
• [学会発表] 高分解能結晶構造と計算科学の融合によるノロウイルス糖鎖認識機構の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和、白土東子、成松久、久保田智巳
  • 学会等名: 第12回 産総研・産技連 LS-BT合同研究発表会
  • 発表場所: 産総研つくばセンター共用講堂
• [学会発表] 若い世代の特別講演会 タンパク質機能の分子シミュレーション:基質認識と酵素反応 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 日本化学会第92回春季年会
  • 発表場所: 慶応義塾大学 日吉キャンパス(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] 若い世代の特別講演会：「タンパク質機能の分子シミュレーション：基質認識と酵素反応」 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 日本化学会第９２春季年会(招待講演)
  • 発表場所: 神奈川県 慶応義塾大学 日吉キャンパス
• [学会発表] Computational modeling of carbohydrate recognition in selectin complex (2011)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 第71回岡崎コンファレンス「糖鎖分子科学の新たな展望」
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • 年月日: 2011-10-13
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質機能の分子シミュレーション : 基質認識と酵素反応を例として (2011)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会 2011 札幌
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] Computational modeling of carbohydrate recognition in selectin complex (2011)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: Ninth triennial congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC 2011)
  • 発表場所: University of Santiago, Santiago De Compostela, スペイン
  • 年月日: 2011-07-21
  • 招待講演
• [学会発表] Computational Modeling of Carbohydrate-Recognition in Selectin Complex (2011)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: Ninth triennial congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC 2011) (招待講演)
  • 発表場所: スペイン Santiago De Compostela
• [学会発表] タンパク質機能の分子シミュレーション:基質認識と酵素反応を例として (2011)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 第５回分子科学討論会２０１１札幌
  • 発表場所: 北海道 札幌コンベンションセンター
• [学会発表] Computational Modeling of Carbohydrate-Recognition in Selectin Complex (2011)
  • 著者名/発表者名: 石田豊和
  • 学会等名: 第71回 岡崎コンファレンス「糖鎖分子科学の新たな展望」 (招待講演)
  • 発表場所: 愛知県 岡崎コンファレンスセンター