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2020 年度 実績報告書

構造揺らぎ・構造変化に基づく生体分子の機能発現の理論的解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H02254
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)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
キーワード機能発現 / 光合成系 / 励起エネルギー移動 / 時計タンパク質 / 概日リズム / 一分子速度論 / 動的乱れ
研究実績の概要

本研究課題では、生体分子系の機能発現および構造変化ダイナミクスなどの研究を行った。
生体分子系の機能発現に関しては、光合成系における励起エネルギー移動(EET)、時計タンパク質KaiCに関する研究を行った。EETに関して、緑色硫黄細菌中のFenna-Mathews-Olson(FMO)タンパク質において、各色素の励起エネルギーに依存するエネルギー揺らぎが効率的EETに重要であることを世界で初めて分子論的に明らかにした。この研究の展開として、高等植物の光捕集アンテナタンパク質LHCIIにおけるEETの分子機構解明に着手した。また、時計タンパク質KaiCの概日リズムの解明に関して、KaiCのC2ドメインにおけるリン酸化とKaiBのKaiCへの結合との間の遅延に関する理論モデルを提案した。さらに、ポリセオナミドBの脂質二重膜への侵入過程に関する分子動力学計算および自由エネルギー計算を行い、ポリセオナミドBの脂質二重膜への侵入に関する分子機構を明らかにした。
構造変化ダイナミクスに関する研究としては、構造変化により反応が揺らぐ場合の反応速度を求める理論計算手法を開発し、BPTIタンパク質の構造揺らぎによる構造変化の速度の揺らぎ(動的乱れ)の解析を行った。さらに、構造や反応がどのように起こるかという観点で、液体状態から過度の過冷却状態にわたる幅広い温度領域の水の構造変化を解析し、温度低下に伴い水の局所ネットワーク構造変化が非ポワソン過程へと変化していくことを明らかするとともに、構造変化が時間的空間的にどのように進行するかについて詳細な解析を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Sungkyunkwan University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Sungkyunkwan University
  • [国際共同研究] Indian Institute of Technology Kanpur(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      Indian Institute of Technology Kanpur
  • [雑誌論文] Effects of interfaces on structure and dynamics of water droplets on a graphene surface: A molecular dynamics study2021

    • 著者名/発表者名
      MAURYA Manish、METYA Atanu K.、SINGH Jayant K.、SAITO Shinji
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 154 ページ: 164704

    • DOI

      10.1063/5.0046817

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microscopic insights into dynamic disorder in the isomerization dynamics of the protein BPTI2021

    • 著者名/発表者名
      MATSUMURA Yoshihiro、SAITO Shinji
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 154 ページ: 224113

    • DOI

      10.1063/5.0055152

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dissecting the Dynamics during Enzyme Catalysis: A Case Study of Pin1 Peptidyl-Prolyl Isomerase2020

    • 著者名/発表者名
      MORI Toshifumi、SAITO Shinji
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 16 ページ: 3396~3407

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.9b01279

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An alternative interpretation of the slow KaiB-KaiC binding of the cyanobacterial clock proteins2020

    • 著者名/発表者名
      KODA Shin-ichi、SAITO Shinji
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 10439

    • DOI

      10.1038/s41598-020-67298-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tautomeric Effect of Histidine on β-Sheet Formation of Amyloid Beta 1?40: 2D-IR Simulations2020

    • 著者名/発表者名
      NAM Yeonsig、KALATHINGAL Mahroof、SAITO Shinji、LEE Jin Yong
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 119 ページ: 831~842

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2020.07.009

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Molecular Mechanism of Acceleration and Retardation of Collective Orientation Relaxation of Water Molecules in Aqueous Solutions2020

    • 著者名/発表者名
      MORITSUGU Norifumi、NARA Takafumi、KODA Shin-ichi、TOMINAGA Keisuke、SAITO Shinji
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 ページ: 11730~11737

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c10036

    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of ion on collective orientation relaxation of water2020

    • 著者名/発表者名
      SAITO Shinji
    • 学会等名
      Dynamics of Chemical and Biological Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effect of ion on collective orientation relaxation of water2020

    • 著者名/発表者名
      SAITO Shinji
    • 学会等名
      Department Seminar, SSCU, Indian Institute of Science
    • 招待講演
  • [備考] 斉藤真司

    • URL

      https://dyna.ims.ac.jp/shinji/index.html

  • [備考] 分子科学研究所 斉藤グループ

    • URL

      https://dyna.ims.ac.jp/index.html

  • [備考] 分子科学研究所 研究者詳細

    • URL

      https://www.ims.ac.jp/research/prof/saito.html

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公開日: 2022-12-28  

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