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2009 年度 実績報告書

溶媒和ダイナミクスの計算手法開発とATP加水分解過程への応用

計画研究

研究領域水を主役としたATPエネルギー変換
研究課題/領域番号 20118003
研究機関立命館大学

研究代表者

高橋 卓也  立命館大学, 生命科学部, 准教授 (70262102)

キーワード水和 / MD / QM / ハイパーモバイル水 / ダイナミクス / 水モデル / ATP加水分解 / イオン
研究概要

ATP加水分解反応のミクロ過程の解明につながるリアルな分子モデルを開発するため、生体分子の構成要素となる様々な官能基をもつ低分子、アミノ酸などに対して量子化学計算を行った。ATPのモデル分子としてモノリン酸、2リン酸、3リン酸に関して荷電状態を変えてSPCIEモデルで、古典的MD(CMD)により、水の拡散係数および回転緩和時間を計算した。電荷が-1~-2の状態において第一水和層内で、前回の剛体モデル同様、バルク水より拡散係数が高く回転緩和時間が短い水(ハイパーモバイル水)が見出された。一方、モノリン酸(H_3PO_4,H_2PO_4^-,HPO_4^<2->,PO_4^<3->,)と数十個の水分子のクラスターの系で、上のCMDでサンプルした構造に対して量子化学計算を行った。その結果、リン酸の電荷が0の場合(H_3PO_4)には水のダイポールモーメントがバルクのときとほぼ等しいが、マイナスの電荷が大きくバルクより速い水が見出される領域ではダイポールが小さくなり、PO_4^<3->では再びバルクに近いダイポールモーメントであることがわかった。純水のSPCIEの系でのCMD計算により、ダイポールモーメントが1%小さい水では拡散係数が20%も上昇することがわかっているので、荷電したモノリン酸イオン周囲の水の運動性の上昇と相関があることが見出された。タンパク質の構成要素であるアミノ酸を溶質とするCMDの結果、水和水のダイナミクスを溶質の電荷や疎水性によって説明できることがわかった。また分極効果を取り入れた3点モデルでは単原子イオンに関して実験を定性的にも再現することができなかったが、TIP5P水モデルを改良することで可能となった。また開発した溶媒に関する計算手法をタンパク質結晶の系にも適用した。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Crystal Habits of Cubic Insulin and Evaluation of Intermolecular Interactions by Macrobond and EET Analyses2009

    • 著者名/発表者名
      Masanori Ootaki、Shigeru Endo、Yoko Sugawara, Takuya Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 311

      ページ: 4226-4234

    • 査読あり
  • [学会発表] 立方晶ブタインスリンの晶相変化と分子間相互作用2010

    • 著者名/発表者名
      大滝正訓、猿渡茂、菅原洋子、高橋卓也
    • 学会等名
      第65回物理学会年会
    • 発表場所
      岡山大学、岡山県
    • 年月日
      20100320-20100323
  • [学会発表] Calculations of dynamics and polarized charges of water molecules in ATP hydrolysis2009

    • 著者名/発表者名
      Takuya Takahashi, Hiromu Ishio, Tomoki Shiomi, Makoto Suzuki
    • 学会等名
      日本生物物理学会第47回年会
    • 発表場所
      徳島文理大学、徳島県
    • 年月日
      20091030-20091101
  • [学会発表] 生体分子およびイオン周囲の水のMDシミュレーションと量子化学計算2009

    • 著者名/発表者名
      高橋卓也
    • 学会等名
      第9回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      熊本全日空ホテルニュースカイ、熊本県
    • 年月日
      20090520-20090522
  • [学会発表] 溶質周囲の水のダイナミクスと分極電荷の計算2009

    • 著者名/発表者名
      塩見友樹、石尾広武、高橋卓也
    • 学会等名
      第23回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      吹上ホール、愛知県
    • 年月日
      2009-12-03
  • [備考]

    • URL

      http://www.ritsumei.ac.jp/~tkhs/kaken21.pdf

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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