2021 年度研究成果報告書

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

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研究課題/領域番号	16H02254
研究種目	基盤研究(A)
配分区分	補助金
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)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2021-03-31
キーワード	構造変化 / 生体分子系機能 / 励起エネルギー移動 / 概日リズム / 反応速度 / 動的乱れ
研究成果の概要	生体分子や液体などの系では、様々な時空間スケールで構造が揺らぎ、変化している。本研究課題では、構造揺らぎの下で、生体分子系における化学反応や構造変化が如何に進むのか、生体分子系の機能が如何に発現するのかについて理論・計算科学研究を進め、タンパク質の構造変化の不均一性や反応における重要な構造の存在、光合成細菌における高効率な励起エネルギー移動の分子機構を解明した。さらに、生体分子系に重要となる水やイオン水溶液のダイナミクスについても理論・計算科学研究を進め、水の構造・動力学・ガラス転移、さらに、水溶液中の水の集団配向運動のイオン・濃度依存性の分子機構を解明した。
自由記述の分野	物理化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	反応に関して、タンパク質の折れ畳みを例に構造変化の時間分布が従来の一次元理論では記述できないこと、異性化反応を例に反応前に構造変化に重要な構造励起状態の存在等を明らかにした。生体機能に関しては、光合成細菌における効率的励起エネルギー移動の分子機構を解明した。さらに、水に関する研究において、これまで見出されていなかった状態変化や低いガラス転移温度の起源等を解明した。これらの成果として、2018, 2019年におけるJ. Chem. Phys.のLiquids, Glasses, and Crystals分野のベスト論文に2報の論文が選ばれる等、国際的にも本研究課題の学術的意義が認知されている。