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2007 年度 実績報告書

量子ハイブリッド分子動力学法による生体機能の量子デザイン

研究課題

研究課題/領域番号 19019003
研究機関筑波大学

研究代表者

舘野 賢  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 准教授 (40291926)

研究分担者 濡木 理  東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (10272460)
重田 育照  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (80376483)
キーワードハイブリッド計算 / 第一原理分子動力学計算 / 触媒反応 / タンパク質 / 酵素反応 / 電子状態計算 / RNA / 立体構造
研究概要

18年度は,生命の最も基本的かつ重要な機能のひとつを担うRNA・タンパク質複合体(生体内のタンパク質の合成に必須)に対して,溶媒等を含むりアルで精密な計算モデル(約170,000原子)を構築すると共に,特異的に結合した溶媒水分子の孤立電子対が,基質のLUMOを攻撃することによって反応が開始される機構を解明した(投稿中)。本19年度は,1)この酵素反応がどのように進行するか,ハイブリッドMD計算によりさらに解析を進め,反応過程における電子構造の動的な変化過程を解明した。その結果この酵素は,求核剤としての水分子の電子構造と配置とを巧みに制御することにより,高い反応効率と選択性を同時に生み出していることを明らかにした。2)このハイブリッドMD計算は,HF/DFTハイブリッド全電子計算(GAMESS)とMM計算(AMBER)とをQM/MMスキームにより組み合わせた独自の計算プログラムによるものである。このシステムを駆使した研究は,さらに本特定領域の他の研究グループを始めとして,幾つかの共同研究へと現在発展している。3)また,一般にこうした生体高分子の立体構造に広く見られる一部のファンデルワールス相互作用(芳香環同士のスタッキング)は,その重要性は裏腹に,従来の計算技術においては取扱いが極めて困難であった。本年度は,その計算精度をCCSD(T)のレベルにまで飛躍的に高め,なおかつMD計算が現実に可能な計算に抑えた高効率な手法の開発を進めた。これは,上記のRNA・タンパク質複合体系を含めて,さらにはタンパク質の折畳み問題などへの応用にも重要であり,こうした生物物理学の中心課題に対して,今後組織的な応用を展開する予定にある。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (12件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Structures and evolutionary origins of plant-specific transcription factor DNA binding domains2008

    • 著者名/発表者名
      Yamasaki, K., Kigawa, T., Inoue, M., Watanabe, S., Tateno, M., et. al.
    • 雑誌名

      Plant.Physiol.Biochem. 46

      ページ: 394-401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 第一原理計算が明らかにする生体反応の精巧な仕組み2008

    • 著者名/発表者名
      舘野 賢, ボエロ マウロ
    • 雑誌名

      生物物理 (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Possible mechanism of proton transfer through peptide groups in the H-pathway of the Bovine cytochrome c oxidase.2007

    • 著者名/発表者名
      Kamiya, K.・Boero, M.・Tateno, M.・Shiraishi, K.・Oshiyama, A.
    • 雑誌名

      J.Ame.Chem.Soc. 129

      ページ: 9663

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First principles Molecular Dynamics Study of Catalytic Reactions of Biological Macromolecular System:Toward Analyses with QM/MM Hybrid molecular Simulations.2007

    • 著者名/発表者名
      Boero, M., Park, J.M., Hagiwara, y., and Tateno, M.
    • 雑誌名

      Journal of Physics Cond. Mat. 19

      ページ: 365217

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-Principles Molecular Dynamics Study of Proton Transfer Mechanism in Bovine Cytochrome C Oxidase.2007

    • 著者名/発表者名
      Kamiya, K., Boero, M., TatenoM., Shiraishi, K., and Oshiyama, A.
    • 雑誌名

      Journal of Physics Cond.Mat. 19

      ページ: 365220

    • 査読あり
  • [雑誌論文] RNAによる酵素反応の機構…量子力学に基づくシミュレーションが創る「量子構造生物学」への序2007

    • 著者名/発表者名
      舘野 賢, ボエロ マウロ
    • 雑誌名

      化学と工業 60-6

      ページ: 587-589

    • 査読あり
  • [学会発表] シトクローム酸化酵素の機能発現機構の理論的解析2007

    • 著者名/発表者名
      舘野賢・神谷克也・白石賢二・押山淳・ボエロマウロ
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」公開シンポジウム
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンタ,大阪
    • 年月日
      2007-12-18
  • [学会発表] 電子相関を露わに導入したQM/MMレプリカ・分子動力学計算法の開発2007

    • 著者名/発表者名
      萩原陽介・重田育照・舘野賢
    • 学会等名
      次世代スーパーコンピューティング・シンポジウム2007
    • 発表場所
      明治安田生命ビル,東京
    • 年月日
      2007-10-03
  • [学会発表] 生体分子機能発現機構解析の為のQM/MM分子動力学計算プログラムの開発2007

    • 著者名/発表者名
      重田育照・萩原陽介・舘野賢
    • 学会等名
      次世代スーパーコンピューティング・シンポジウム2007
    • 発表場所
      明治安田生命ビル,東京
    • 年月日
      2007-10-03
  • [学会発表] Computational Analyses of reaction mechanisms of biological macromole cules combined with informatical techniques2007

    • 著者名/発表者名
      Nasaru, Tateno
    • 学会等名
      The 4th Conference of the Asian Consortium on Computational Materials sciences (ACCMS-4)
    • 発表場所
      KIST, Seoul
    • 年月日
      2007-09-10
  • [学会発表] 超分子における機能制御機構の量子構造生物学2007

    • 著者名/発表者名
      舘野賢・神谷克也・白石賢二・押山淳・ボエロマウロ
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワークショップ
    • 発表場所
      ホテルニューアカオ,熱海
    • 年月日
      2007-07-11
  • [学会発表] tRNA依存性アミド基転移酵素におけるアンモニア分子輸送機構の動力学的解析2007

    • 著者名/発表者名
      畔柳成秀・仲田まゆみ・萩原陽介・舘野賢
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワークショップ
    • 発表場所
      ホテルニューアカオ,熱海
    • 年月日
      2007-07-11
  • [学会発表] ロイシルtRNA合成酵素の触媒反応機構の動力学的解析2007

    • 著者名/発表者名
      萩原陽介・ボエロマウロ・深井周也・濡木理・舘野賢
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワークショップ
    • 発表場所
      ホテルニューアカオ,熱海
    • 年月日
      2007-07-11
  • [学会発表] 生体超分子・機能発現機構解析のためのQM/MM分子動力学計算システムの開発2007

    • 著者名/発表者名
      重田育照・萩原陽介・姜志〓・舘野賢
    • 学会等名
      科学研究費補助金特定領域研究「生体超分子構造」第三回ワークショップ
    • 発表場所
      ホテルニューアカオ,熱海
    • 年月日
      2007-07-11
  • [学会発表] ロイシルtRNA合成酵素の触媒反応機構の動力学的解析2007

    • 著者名/発表者名
      萩原陽介・ボエロマウロ・舘野賢
    • 学会等名
      第7回蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      仙台国際センタ、仙台
    • 年月日
      2007-05-24
  • [学会発表] ロイシルtRNA合成酵素・tRNALeu複合体の分子動力学シミュレーション2007

    • 著者名/発表者名
      Cong, Yulong・萩原陽介・舘野賢
    • 学会等名
      第7回蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      仙台国際センタ、仙台
    • 年月日
      2007-05-24
  • [学会発表] 情報科学および計算科学的手法を組み合わせたタンパク質間分子間ドッキング2007

    • 著者名/発表者名
      橘田和志・舘野賢
    • 学会等名
      第7回蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      仙台国際センタ、仙台
    • 年月日
      2007-05-24
  • [学会発表] GatCABにおけるアンモニア輸送機構の計算科学的解析2007

    • 著者名/発表者名
      畔柳成秀・舘野賢
    • 学会等名
      第7回蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      仙台国際センタ、仙台
    • 年月日
      2007-05-24
  • [図書] 計算シミュレーションと分析データ解析2007

    • 著者名/発表者名
      舘野賢(分担執筆)
    • 総ページ数
      220
    • 出版者
      丸善出版

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公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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