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光捕集複合体における自己組織化過程と機能発現の理論的究明

公募研究

研究領域生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
研究課題/領域番号 16H00778
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関琉球大学

研究代表者

東 雅大  琉球大学, 理学部, 助教 (20611479)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード自己組織化 / 光捕集複合体 / MDシミュレーション / シトクロムc / ドメインスワッピング / 液体の積分方程式理論 / 機能発現 / 分子動力学シミュレーション / 励起エネルギー / 光捕集アンテナ
研究実績の概要

本年度は昨年度に引き続き、分子動力学シミュレーションを用いて、紅色光合成細菌の光捕集複合体のサブユニットB820の物性や自己組織化過程の解析を行った。昨年度に開発した、静電相互作用を減衰させた仮想的な状態を導入して結合自由エネルギーを計算する手法を様々な菌種由来のサブユニットB820に適用し、ポリペプチドの構造を壊すことなく結合自由エネルギーを計算することができた。現在、手法に由来する統計誤差の評価を行っている。また、自己組織化の過程についても引き続き解析を進めている。
また、本年度はシトクロムcのドメインスワッピング機構の解析も行った。シトクロムcは、ミトコンドリア内の呼吸に関わる反応において電子を伝達する役割を担うヘムタンパク質である。シトクロムcは、互いのC末端ヘリックスを交換するドメインスワッピングにより多量体を形成し、電子伝達の機能を失うことが知られているが、多量体形成のメカニズムは未だはっきりしていない。この多量体形成メカニズムの解明を目指して、分子動力学シミュレーションと液体の積分方程式理論を用いてシトクロムcの単量体と二量体の熱力学安定性の解析を行った。得られた計算結果は、実験とよく一致し、タンパク質の構造変化が二量体の不安定化に、また水和が二量体の安定化に寄与することを明らかにした。また、単量体と二量体の自由エネルギーの差を各残基ごとの寄与に分解にすることにより、正の電荷と負の電荷を持つ残基が、それぞれ二量体の安定化と不安定化に寄与することを明らかにした。さらに、2つのユニットをつなぐヒンジループも二量体の安定化に寄与することも明らかにしている。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 2件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 13件、 招待講演 9件)

  • [雑誌論文] Theoretical analysis of the domain-swapped dimerization of cytochrome c: An MD and 3D-RISM approach2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Norio、Higashi Masahiro、Motoki Hideyoshi、Hirota Shun
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 148 号: 2 ページ: 025102-025102

    • DOI

      10.1063/1.5009785

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] シトクロム<i>c</i>の多量体形成に関する理論的研究2018

    • 著者名/発表者名
      根木 秀佳、吉田 紀生、廣田 俊、東 雅大
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 17 号: 1 ページ: 8-13

    • DOI

      10.2477/jccj.2018-0006

    • NAID

      130006528632

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural properties determining low K+affinity of the selectivity filter in the TWIK1 K+channel2018

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto Hisao、Higashi Masahiro、Motoki Hideyoshi、Watanabe Hiroki、Ganser Christian、Nakajo Koichi、Kubo Yoshihiro、Uchihashi Takayuki、Furutani Yuji
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 293 号: 18 ページ: 6969-6984

    • DOI

      10.1074/jbc.ra118.001817

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Theoretical approaches for dynamical ordering of biomolecular systems2018

    • 著者名/発表者名
      Okumura Hisashi、Higashi Masahiro、Yoshida Yuichiro、Sato Hirofumi、Akiyama Ryo
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta(BBA) - General Subjects

      巻: 1862 号: 2 ページ: 212-228

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2017.10.001

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cinchona-Based Primary Amine Catalyzed a Proximal Functionalization of Dienamines: Asymmetric α-Fluorination of α-Branched Enals2017

    • 著者名/発表者名
      Arimitsu Satoru、Yonamine Tsunaki、Higashi Masahiro
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 7 号: 7 ページ: 4736-4740

    • DOI

      10.1021/acscatal.7b01178

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two Furanosesterterpenoids from the Sponge Luffariella variabilis2017

    • 著者名/発表者名
      Ahmadi Peni、Higashi Masahiro、Voogd Nicole J. de、Tanaka Junichi
    • 雑誌名

      Marine Drugs

      巻: 15 号: 8 ページ: 249-249

    • DOI

      10.3390/md15080249

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Four Aromatic Sulfates with an Inhibitory Effect against HCV NS3 Helicase from the Crinoid Alloeocomatella polycladia2017

    • 著者名/発表者名
      Idam Hermawan, Atsushi Furuta, Masahiro Higashi, Yoshihisa Fujita, Nobuyoshi Akimitsu, Atsuya Yamashita, Kohji Moriishi, Satoshi Tsuneda, Hidenori Tani, Masamichi Nakakoshi, Masayoshi Tsubuki, Yuji Sekiguchi, Naohiro Noda, Junichi Tanaka
    • 雑誌名

      Marine Drugs

      巻: 15 号: 4 ページ: 117-117

    • DOI

      10.3390/md15040117

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Theoretical Study on Photoexcitation Dynamics of a Bis-diimine Cu(I) Complex in Solutions2017

    • 著者名/発表者名
      Asaka Agena, Satoru Iuchi, Masahiro Higashi
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 679 ページ: 60-65

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2017.04.082

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The ion-dependence of carbohydrate binding of CBM36: MD and 3D-RISM study2016

    • 著者名/発表者名
      Shoichi Tanimoto, Masahiro Higashi, Norio Yoshida, Haruyuki Nakano
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 28 号: 34 ページ: 344005-344005

    • DOI

      10.1088/0953-8984/28/34/344005

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-Blocking Effect in CO and H2 Binding Reactions to Molybdenocene and Tungstenocene: A Theoretical Study on the Reaction Mechanism via the Minimum Energy Intersystem Crossing Point2016

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, N. Nakatani, A. Nakayama, M. Higashi, and J. Hasegawa
    • 雑誌名

      Inorg. Chem.

      巻: 55 号: 16 ページ: 8082-8090

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.6b01187

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantitative evaluation of site energies and their fluctuations of pigments in the Fenna-Matthews-Olson complex with an efficient method for generating a potential energy surface2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi, Shinji Saito
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 12 号: 8 ページ: 4128-4137

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.6b00516

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] One-pot synthesis and theoretical calculation for trifluoromethylated pyrrolizidines by 1,3-dipolar cycloaddition with azomethine ylides and β-trifluoromethyl acrylamides2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Toma, Masataka Kunigami, K-jiro Watanabe, Masahiro Higashi, Satoru Arimitsu
    • 雑誌名

      Journal of Fluorine Chemistry

      巻: 189 ページ: 22-32

    • DOI

      10.1016/j.jfluchem.2016.07.013

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 凝縮系の励起状態反応ダイナミクスの定量的理解を目指して2018

    • 著者名/発表者名
      東雅大
    • 学会等名
      第32回量子系分子科学研究セミナー
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantitative evaluation of site energies and their fluctuations of pigments in the light-harvesting complex with an efficient method for generating a potential energy surface2018

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi, Shinji Saito
    • 学会等名
      255 th ACS National Meeting & Exposition
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Anion Effects on the Dimer Stability of Cytochrome c Revealed by MD Simulation and 3D-RISM Theory2018

    • 著者名/発表者名
      Hideyoshi Motoki, Norio Yoshida, Shun Hirota, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第6回国際シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical Study on Correlation between Ion Selectivity and IR Spectrum of Ion Channels2018

    • 著者名/発表者名
      Hideyoshi Motoki, Yuji Furutani, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第6回国際シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Anion effects on oligomer formation of cytochrome c with MD simulation and 3D-RISM theory2018

    • 著者名/発表者名
      Hideyoshi Motoki, Norio Yoshida, Shun Hirota, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      255th ACS National Meeting & Exposition
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical investigation of excited states of pigments in the light-harvesting antenna2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      Kickoff To Explore The New Field Of Molecular Soft Matter
    • 発表場所
      Kasetsart University (Bangkok, Thailand)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Theoretical understanding of the self-organization process of the light-harvesting B820 subunits2017

    • 著者名/発表者名
      Marie Yamauchi, Shinji Saito, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第5回国際シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学数理科学研究棟(東京都目黒区)
    • 年月日
      2017-01-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical analysis of regio- and stereoselectivity of new organic reactions2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      International Symposium on Pure & Applied Chemistry 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Theoretical investigation of excited-state reactions and properties in condensed phases2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      國立交通大學應用化學系106年 前瞻跨領域基礎科學中心 尖端生物分子探測 専題演講
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Toward quantitative understanding of excitation energy transfer in light-harvesting complexes2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      The 9th Conference of the Asian Consortium on Computational Materials Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高効率ポテンシャル関数生成手法による光捕集アンテナ中の色素の励起エネルギーの大きさと揺らぎの定量的評価2017

    • 著者名/発表者名
      東雅大
    • 学会等名
      レア・イベントの計算科学
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 凝縮系の反応ダイナミクスを記述可能な計算手法の開発と応用2017

    • 著者名/発表者名
      東雅大
    • 学会等名
      北大理論化学研究会:実践理論化学の最前線
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シンコナアルカロイド触媒を用いた α,β-不飽和アルデヒドの高立体選択的フッ素化反応に関する理論的研究2017

    • 著者名/発表者名
      東雅大,喜屋武茜,亀井翔矢,與那嶺綱希,有光暁
    • 学会等名
      第20回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションによる光捕集複合体サブユニットB820の構造および自己組織化過程の解明2017

    • 著者名/発表者名
      山内真梨江, 斉藤真司, 東雅大
    • 学会等名
      北大理論化学研究会:実践理論化学の最前線
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 溶液中のクロロフィルaとフィオフィチンaの励起状態に関する理論的研究2017

    • 著者名/発表者名
      水谷亮, 東雅大
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical study on domain-swapped oligomer formation of cytochrome c2017

    • 著者名/発表者名
      Hideyoshi Motoki, Norio Yoshida, Shun Hirota, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      國立交通大學應用化學系106年 前瞻跨領域基礎科學中心 尖端生物分子探測 専題演講
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MD and 3D-RISM Study on the Domain-Swapped Cytochrome c Oligomer2017

    • 著者名/発表者名
      Hideyoshi Motoki, Norio Yoshida, Shun Hirota, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      The 9th Conference of the Asian Consortium on Computational Materials Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MDシミュレーションと3D-RISM 理論を用いたシトクロムcの多量体形成に関する理論的研究2017

    • 著者名/発表者名
      根木秀佳,吉田紀生,廣田俊,東雅大
    • 学会等名
      第11回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical study of the self- organization process of the light-harvesting complexes with molecular dynamics simulation2016

    • 著者名/発表者名
      山内 真梨江, 斉藤 真司, 東 雅大
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2016-11-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 新規有機反応における立体・位置選択性の理論的解明2016

    • 著者名/発表者名
      東 雅大
    • 学会等名
      IQCE講演会「量子化学で探る化学の最先端2016」
    • 発表場所
      東京大学山上会館(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-11-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical analysis of site energies and their fluctuations of pigments in the light-harvesting antenna2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      The 9th Korea-Japan Seminars on Biomolecular Science
    • 発表場所
      Commodore Hotel Gyeongju (Gyeongju, Korea)
    • 年月日
      2016-11-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Theoretical study on the self-organization process of light-harvesting complexes with molecular dynamics simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Marie Yamauchi, Shinji Saito, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      52nd Symposium on Theoretical Chemistry
    • 発表場所
      Ruhr University Bochum (Bochum, Germany)
    • 年月日
      2016-09-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光捕集複合体サブユニットB820の構造および自己組織化過程の理論的解明2016

    • 著者名/発表者名
      山内 真梨江, 斉藤 真司, 東 雅大
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会2016神戸
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-09-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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