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生体分子の構造遍歴ダイナミクスと機能発現の分子機構の理論的解明

研究課題

研究課題/領域番号 25288011
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関分子科学研究所

研究代表者

斉藤 真司  分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 教授 (70262847)

連携研究者 高田 彰二  京都大学, 大学院理学研究科, 教授 (60304086)
秋山 修志  分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 教授 (50391842)
研究協力者 小野 純一  
森 俊文  
甲田 信一  
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2015年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2014年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2013年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワード階層的動力学 / 構造変化 / 概日リズム / 時計タンパク質KaiC / 二次元寿命スペクトル / 三時間相関関数 / 分子動力学 / 時計タンパク質 / タンパク質 / 構造変化動力学 / 階層ダイナミクス / 動的構造 / 反応座標 / 分子シミュレーション / 多時間相関関数 / 生体分子 / 構造遍歴
研究成果の概要

我々は、動的情報をもつ物理量から時間スケールの遅い運動モードを抽出する解析手法を開発した。このように動的情報に基づいて決定した反応座標から自由エネルギー面を描き、タンパク質の折れ畳み機構を解析した。また、構造変化に関する三時間相関関数およびそれに対応する二次元寿命スペクトルの時間発展から、異なる時間スケールを持つ構造変化動力学がどのように時間変化するかを解明するための新規手法も開発した。さらに、機能に関する研究として、概日リズムを示すシアノバクテリアの時計タンパク質KaiCの局所的構造を解析し、秋山教授(分子研)らとともにATP加水分解反応の始状態に水が到達し難いこと等を明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2016 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2016 2015 2014 2013 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 2件、 査読あり 14件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 2件、 招待講演 9件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] Pacific Northwest National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Dynamic heterogeneity in the folding/unfolding transitions of FiP352015

    • 著者名/発表者名
      Toshifumi Mori, Shinji Saito
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 142 号: 13 ページ: 135101-135101

    • DOI

      10.1063/1.4916641

    • 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] Couplings between Hierarchical Conformational Dynamics from Multi-Time Correlation Functions and Two-Dimensional Lifetime Spectra: Application to Adenylate Kinase2015

    • 著者名/発表者名
      J. Ono, S. Takada, and S. Saito
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 142 号: 21 ページ: 212404-212404

    • DOI

      10.1063/1.4914328

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Atomic-scale origins of slowness in the cyanobacterial circadian clock2015

    • 著者名/発表者名
      J. Abe, T. B. Hiyama, A. Mukaiyama, S. Son, T. Mori, S. Saito, M. Osako, J. Wolanin, E. Yamashita, T. Kondo, S. Akiyama
    • 雑誌名

      Science

      巻: 349 号: 6245 ページ: 312-316

    • DOI

      10.1126/science.1261040

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ultrafast Dynamics of Liquid Water: Energy Relaxation and Transfer Processes of the OH Stretch and the HOH Bend2015

    • 著者名/発表者名
      S. Imoto, S. S. Xantheas, and S. Saito
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 119 号: 34 ページ: 11068-11078

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b02589

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dynamic Heterogeneity in the Folding/Unfolding Transitions of FiP352015

    • 著者名/発表者名
      T. Mori and S. Saito
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 142 ページ: 135101-135101

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Theoretical study on excited states of bacteriochlorophyll a in solutions with density functional assessment2014

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi, Takahiro Kosugi, Shigehiko Hayashi, and Shinji Saito
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B

      巻: 118 号: 37 ページ: 10906-10918

    • DOI

      10.1021/jp507259g

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanism of ion permeation through a model channel: Roles of energetic and entropic contributions2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sumikama, S. Saito, and I. Ohmine,
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 139 号: 16 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1063/1.4827088

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic Length Scales in Glass-Forming Liquids : An Inhomogeneous Molecular Dynamics Simulation Approach2013

    • 著者名/発表者名
      金鋼, 斉藤真司, 宮崎州正, Giulio Biroli, David R. Reichman
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B

      巻: 113 号: 42 ページ: 13259-13267

    • DOI

      10.1021/jp4035419

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast dynamics of liquid water: Frequency fluctuations of the OH stretch and the HOH bend2013

    • 著者名/発表者名
      S. Imoto, S. Xantheas, and S. Saito,
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 139 号: 4 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1063/1.4813071

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frequency dependence of specific heat in supercooled liquid water and emergence of correlated dynamics2013

    • 著者名/発表者名
      S. Saito, I. Ohmine, B. Bagchi
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 138 号: 9 ページ: 94503-94503

    • DOI

      10.1063/1.4793555

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular origin of the difference in the HOH bend of the IR spectra between liquid water and ice2013

    • 著者名/発表者名
      S. Imoto, S. Xantheas, S. Saito
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 138 号: 5 ページ: 54506-54506

    • DOI

      10.1063/1.4789951

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical and Experimental Studies on Vibrational Energy Relaxation of the CO Stretching Mode of Acetone in Alcohol Solutions2013

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi, Satori Hirai, Motohiro Banno, Kaoru Ohta, Shinji Saito, Keisuke Tominaga
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B

      巻: 117(印刷中) 号: 16 ページ: 4723-4731

    • DOI

      10.1021/jp310621p

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiple Length and Time Scales of Dynamic Heterogeneities in Model Glass-Forming Liquids: A Systematic Analysis of Multi-Point and Multi-Time Correlations2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kim S. Saito
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 138 号: 12 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1063/1.4769256

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluctuations and Relaxation Dynamics of Liquid Water Revealed by Linear and Nonlinear Spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      T. Yagasaki, S. Saito
    • 雑誌名

      Annu. Rev. Phys. Chem.

      巻: 64 号: 1 ページ: 55-75

    • DOI

      10.1146/annurev-physchem-040412-110150

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Dynamic heterogeneity and the role of non-native contacts in the protein folding/unfolding transitions2016

    • 著者名/発表者名
      Toshifumi Mori, Shinji Saito
    • 学会等名
      60th Annual Meeting of Biophysical Society,
    • 発表場所
      Los Angeles, USA
    • 年月日
      2016-02-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical study of the dynamic heterogeneity in protein conformational dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      Toshifumi Mori, Shinji Saito
    • 学会等名
      PACIFICHEM 2015
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 多時間相関関数および2次元寿命スペクトルによる階層的構造変化ダイナミクスの解析:アデニル酸キナーゼへの応用2015

    • 著者名/発表者名
      小野 純一,高田 彰二,斉藤 真司
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質のフォールディング過程の動的多様性の理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      森俊文, 斉藤真司
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical stuy of the dynamic protein folding/unfolding transition mechanisms2015

    • 著者名/発表者名
      Toshifumi Mori, Shinji Saito
    • 学会等名
      第53回生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical study of the dynamic heterogeneity in the protein folding/unfolding transitions2015

    • 著者名/発表者名
      Toshifumi Mori, Shinji Saito
    • 学会等名
      10th European Biophysics Congress
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 年月日
      2015-07-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多時間相関関数および2次元寿命スペクトルによる階層的構造変化ダイナミクスの解析:アデニル酸キナーゼへの応用2015

    • 著者名/発表者名
      小野 純一,高田 彰二,斉藤 真司
    • 学会等名
      第18回理論化学討論会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2015-05-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Hydrogen Bond Network Dynamics in Supercooled Water2015

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      International 6th THz-Bio Workshop 2015
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      2015-04-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamics of Water and Biomolecules2014

    • 著者名/発表者名
      Shinji Saito
    • 学会等名
      Japan-Indo Bilateral Collaborative Seminar
    • 発表場所
      東大寺文化センター、奈良市、奈良県
    • 年月日
      2014-11-25 – 2014-11-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 凝縮系における時空間不均一動力学2014

    • 著者名/発表者名
      斉藤真司
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 発表場所
      広島大学、東広島市、広島県
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular origin of anomalous temperature dependence of isobaric heat capacity of supercooled water2013

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      2013 NCTS April workshop on Critical Phenomena and Complex Systems
    • 発表場所
      Academia Cinica, Taipei, Taiwan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamics of water: Fluctuation and relaxation revealed by theoretical two-dimensional IR spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      33rd International Conference on Solution Chemistry
    • 発表場所
      京都テルサ、京都市、京都府
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Anomalous Temperature Dependence of Specific Heat of Supercooled Water2013

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      6th Asian Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry
    • 発表場所
      Gyeongju Hilton Hotel, Gyeongju, Korea
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamics of water: Analysis of third-order nonlinear IR spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      'Vibrational Dynamics' workshop in Telluride
    • 発表場所
      Telluride Middle School, Colorado, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular Origin of Anomalous Temperature Dependence of Specific Heat of Water: Spatio-temporal Analysis2013

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      America Chemical Society
    • 発表場所
      Indiana Convention Center, Indiana, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 過冷却水の特異的熱力学的性質の動的起源

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      徳島大学、徳島市、徳島県
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 斉藤グループホームページ

    • URL

      http://dyna.ims.ac.jp/NewHP_Group/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 斉藤グループ研究紹介ページ

    • URL

      http://dyna.ims.ac.jp/NewHP_Group/research_Biological.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] The Saito Group at IMS

    • URL

      http://dyna.ims.ac.jp/NewHP_Group/index.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 分子科学研究所

    • URL

      http://www.ims.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 斉藤グループ ホームページ

    • URL

      http://dyna.ims.ac.jp/NewHP_Group/

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-21   更新日: 2022-01-27  

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