2019 年度研究成果報告書

水が駆動する巨大生体分子の自律化メカニズムの熱力学解析

研究課題

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研究課題/領域番号	15K05254
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	生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関	姫路獨協大学
研究代表者	原野雄一姫路獨協大学, 薬学部, 准教授 (60456259)
研究期間 (年度)	2015-04-01 – 2020-03-31
キーワード	生体分子 / 熱力学 / 溶液化学
研究成果の概要	生体分子の自律化（タンパク質の立体構造形成、分子認識など）の過程は、全て液相で起こることから、溶媒である『水』の存在が大きく関与している。また、実験として観測される重要な生体分子の挙動はsec以上（系によってはday～month）という長い時間スケールである。以上のことから、生体分子と水を含んだ全系に対する分子論と熱力学とを統合した理解が必要である。本研究では、近年我々の研究グループが開発した水和自由エネルギーの高速計算法を用い、巨大生体分子の構造変化に対する自由エネルギー地形を描くことで、水の熱力学的性質が如何に関与するかを理論化学的に明らかにした。
自由記述の分野	生物物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究は生体分子の自律化メカニズムを、生体分子そのものに求めるのではなく、水溶媒環境を含めた全系として捉える点に特色があるため、液体理論のバイオ研究への応用という点での特色があるとともに「分子の集合・離散」という点では「タンパク質-リガンド結合」のエネルギー論として創薬の基礎を築くものである。また、本研究で用いる理論的手法は、全原子モデルで記述されているので、一般的な理論化学的手法である分子シミュレーション技術や量子化学的手法と融合させることにより、より広範囲なエネルギー論が可能になる。本研究は理論研究にとどまらず、実験とのダイレクトな共同研究が可能になった。