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2010 年度 実績報告書

イオンチャネルの統計力学理論

研究課題

研究課題/領域番号 22245002
研究機関分子科学研究所

研究代表者

平田 文男  分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 教授 (90218785)

研究分担者 吉田 紀生  分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (10390650)
キーワード3D-RISM / グリセリン / アクアポリン / 平均力ポテンシャル / GlpF / リガンド / 分子シミュレーション
研究概要

3D-RISM理論によるアクアポリンの分子選択性に関する研究
最近、リアルな蛋白質に対する分子認識のような複雑な現象を予測する目的で分子シミュレーションが適用され始めている。そのような例のひとつがグリセリンを透過するアクアポリン(GlpF)である。GlpFチャネル内部のグリセリンの平均力ポテンシャル(PMF)を計算した論文が、最近、PNASに発表された。しかしながら、その結果は実験(経験)とは逆に、GlpFがグリセリンを全く透過しないことを予測している。我々は3D-RISM理論により、GlpFチャネル内部のグリセリンの平均力ポテンシャルを評価した。3D-RISM理論はこれまでに生体分子の分子認識の問題に応用され、多くの成功を収めている理論である。3D-RISM理論の結果ではシミュレーションの結果とは対照的にGlpFチャネル内におけるグリセリンのPMFには小さなバリアしか存在しないことがわかった。これはGlpFが実際にグリセリンを透過することを示している。そこで、本研究では分子シミュレーションが、何故、このような複雑な系に関する自由エネルギーを正しく評価できないかについての考察も行ない、不十分なサンプリングが高いPMFの原因ではないかと考察した。一方で、3D-RISM理論の結果はリガンド分子の配向も含む全配置空間をサンプルしたものに相当するため、適切なPMFを算出できたと考えられる。
今回の結果は、今後、分子シミュレーションが実験結果の「解釈」ではなく、「予測」を行なう上で、何が必要かを端的に示唆するものである。[J-Phys.Chem.,B,114.7967(2010)に既報]

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (18件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Affinity of Small Ligands to Myoglobin Studied by the 3D-RISM Theory2011

    • 著者名/発表者名
      Yasuomi Kiyota, Norio Yoshida, Fumio Hirata
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: Vol.159 ページ: 93-98

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The electronic-structure theory of a large-molecular system in solution : Application to the intercalation of proflavine with solvated DNA2011

    • 著者名/発表者名
      Norio Yoshida, Yasuomi Kiyota, Fumio Hirata
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: Vol.159 ページ: 83-92

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solvent and Salt Effects on Structural Stability of Human Telomere2011

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Maruyama, Taku Matsushita, Ryuichi Ueoka, Fumio Hirata
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: Vol.115 ページ: 2408-2416

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Free energy calculation using molecular dynamics simulation combined with the three dimensional reference interaction site model theory. II.Thermodynamic integration along a spatial reaction coordinate2011

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Miyata, Yasuhiro Ikuta, Fumio Hirata
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: Vol.134 ページ: 044127(17)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Free energy calculation using molecular dynamics simulation combined with the three dimensional reference interaction site model theory. I.Free energy perturbation and thermodynamic integration along a coupling parameter2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Miyata, Yasuhiro Ikuta, Fumio Hirata
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: Vol.133 ページ: 044114(15)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proton transport through the Influenza A M2 channel : 3D-RISM Study2010

    • 著者名/発表者名
      Saree Phongphanphanee, Thanyada Rungrotmongkol, Norio Yoshida, Supot Hannongbua, Fumio Hirata
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: Vol.132 ページ: 9782-9788

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Selectivity in Aquaporin Channels Studied by the 3D-RISM Theory2010

    • 著者名/発表者名
      Saree Phongphanphanee, Norio Yoshida, Fumio Hirata
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: Vol.114 ページ: 7967-7973

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Revisiting the Salt-Induced Conformational Change of DNA with 3D-RISM Theory2010

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Maruyama, Norio Yoshida, Fumio Hirata
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: Vol.114 ページ: 6464-6471

    • 査読あり
  • [学会発表] QM/MM/3D-RISM study of solvation and electronic structure of DNA2011

    • 著者名/発表者名
      Norio Yoshida
    • 学会等名
      American Physical Society Meeting 2011
    • 発表場所
      Dallas convention center, Dallas, TX, USA
    • 年月日
      2011-03-23
  • [学会発表] Development of the QM/MM/RISM theory : Application to the intercalation of proflavine with solvated DNA2011

    • 著者名/発表者名
      Norio Yoshida
    • 学会等名
      Third Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences-Experiments and Simulations
    • 発表場所
      Lotte hotel, Jeju, Korea
    • 年月日
      2011-02-28
  • [学会発表] Statistical Mechanics of Molecular Liquids Reveals Elementary Processes in Life Phenomena2011

    • 著者名/発表者名
      Fumio Hirata
    • 学会等名
      Third Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences-Experiments and Simulations
    • 発表場所
      Lotte hotel, Jeju, Korea
    • 年月日
      2011-02-27
  • [学会発表] バイオマス利用に向けた酵素反応解析2011

    • 著者名/発表者名
      吉田紀生
    • 学会等名
      物性研・CMSI・次世代ナノ情報合同研究会「計算物質科学の課題と展望」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所、千葉県
    • 年月日
      2011-01-07
  • [学会発表] Development of the QM/MM/RISM theory : Application to the intercalation of proflavine with solvated DNA2010

    • 著者名/発表者名
      Norio Yoshida
    • 学会等名
      Pacifichem 2011
    • 発表場所
      Hawaii convention center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2010-12-18
  • [学会発表] Ligand binding and escaping pathway in myoglobin studied by the 3D-RISM theory2010

    • 著者名/発表者名
      Fumio Hirata
    • 学会等名
      Dynamics and Mechanisms of Photochemical Reactions of Biological Proteins, Pacifichem 2010
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2010-12-15
  • [学会発表] Molecular Recognition in Biological Functions Revealed by Statistical mechanics of Molecular Liquids2010

    • 著者名/発表者名
      Fumio Hirata
    • 学会等名
      4th International symposium on "Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
    • 発表場所
      ピアザ淡海、滋賀
    • 年月日
      2010-12-01
  • [学会発表] QM/MM/RISM理論の開発とその応用2010

    • 著者名/発表者名
      吉田紀生
    • 学会等名
      第24回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      AOSSA福井、福井県
    • 年月日
      2010-11-25
  • [学会発表] QM/MM/RISM理論の開発と応用2010

    • 著者名/発表者名
      吉田紀生
    • 学会等名
      第33回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学100周年記念会館、京都府
    • 年月日
      2010-11-17
  • [学会発表] Statistical Mechanics of Molecular Liquids Reveals Elementary Processes in Life Phenomena2010

    • 著者名/発表者名
      Fumio Hirata
    • 学会等名
      The Overseas Sokendai Lecture in Bankok : The lnaugural CU-IMS Joint Symposium
    • 発表場所
      Bankok, Thai land
    • 年月日
      2010-10-20
  • [学会発表] Statistical Mechanics of Molecular Liquids Reveals Elementary Processes in Life Phenomena2010

    • 著者名/発表者名
      Fumio Hirata
    • 学会等名
      EMLG-JMLG joint meeting 2010
    • 発表場所
      Ivan Franko National University, Lviv, Ukraine
    • 年月日
      2010-09-20
  • [学会発表] QM/MM/RISM理論によるDNAインターカレーションの解析2010

    • 著者名/発表者名
      吉田紀生
    • 学会等名
      第4回分子科学討論会
    • 発表場所
      大阪大学、大阪府
    • 年月日
      2010-09-15
  • [学会発表] QM/MM/3D-RISM study of solvation and electronic structure of DNA2010

    • 著者名/発表者名
      Norio Yoshida
    • 学会等名
      EMLG-JMLG Annual Meeting 2010
    • 発表場所
      Ivan Franko National University, Lviv, Ukraine
    • 年月日
      2010-09-07
  • [学会発表] "計算科学"と"計算機科学"の連携による統計力学理論の超高並列化への挑戦2010

    • 著者名/発表者名
      吉田紀生
    • 学会等名
      SS研HPCフォーラムe-scienceのフロンティア
    • 発表場所
      汐留シティセンター、東京都
    • 年月日
      2010-08-26
  • [学会発表] On the origin of energy produced by the hydrolysis reaction of ATP : 3DRISM-SCF study2010

    • 著者名/発表者名
      Fumio Hirata
    • 学会等名
      ICPOC-20 : 20th International Conference on Physical Organic Chemistry
    • 発表場所
      Busan, Republic of Korea
    • 年月日
      2010-08-22
  • [学会発表] RISM-SCF理論の開発と発展~RISM-SCF理論誕生秘話~2010

    • 著者名/発表者名
      平田文男
    • 学会等名
      加藤重樹教授記念シンポジウム「化学反応のポテンシャル曲面とダイナミックス」
    • 発表場所
      京都大学理学研究科セミナーハウス、京都市
    • 年月日
      2010-06-19
  • [学会発表] QM/MM/RISM理論によるDNAインターカレーションの解析2010

    • 著者名/発表者名
      吉田紀生
    • 学会等名
      第13回理論化学討論会
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館、北海道
    • 年月日
      2010-05-24
  • [学会発表] ナノ分野における「グランドチャレンジ」課題への挑戦と計算科学2010

    • 著者名/発表者名
      平田文男
    • 学会等名
      第一回「学際計算科学による新たな知の発見・統合・創出」シンポジウム
    • 発表場所
      筑波大学計算科学研究センター、つくば市
    • 年月日
      2010-05-06
  • [図書] Chapter 4 in Bihan and Fukuyama (Ed.) : "Water, the forgotten biological molecule."2011

    • 著者名/発表者名
      Norio Yoshida, Yasuomi Kiyota, Thanyada Rungrotmongkol, Saree Phongphanphanee, Takashi Imai, Fumio Hirata
    • 総ページ数
      24
    • 出版者
      Pan Stanford Publishing
  • [図書] "分子認識とイオンチャネルの統計力学理論",Medical Bio 10月別冊揺らぎと生体機能(寺嶋正秀監修)2010

    • 著者名/発表者名
      平田文男、吉田紀生、Saree Phongphanphanee
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      オーム社

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公開日: 2013-06-26  

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