研究課題
ナノメートルのスケールの生命現象では、プロトンの微視的な振る舞いが重要な役割を担う。蛋白質中のプロトンの挙動は、アミノ酸のプロトン親和性に支配され、それは周囲の蛋白質環境との相互作用で決まる。本研究では、アミノ酸のプロトン親和性に対する環境の効果を量子論的手法により原子スケールで解明する。水溶液環境から蛋白質環境への連続的なアプローチにより、蛋白質環境の特異性を明らかにし、環境の変化によるアミノ酸のプロトン親和性の制御機構を解明する。それにより、蛋白質の立体構造情報の量子論的解析法の確立と、その構造・機能相関を原子スケールで解明するためのフレームワークの提唱を目指す。本年度は、機能と構造との相関が示唆されたタンパク質の重要な例として、チトクロム酸化酵素を取り上げた。この酵素は、呼吸作用の最終段階を担うプロトン輸送タンパク質である。その生物機能としては、酸素分子の還元反応とそれに共役したプロトン輸送反応があるが、未だタンパク質内部のプロトンの移動機構は完全に解明されていない。そこで本年度は、プロトン経路入口に存在する特異な水素結合環境に注目し、入口を構成するアミノ酸残基のプロトン親和性との関係を、密度汎関数理論に基づく第一原理分子動力学法を用いて解析した。その結果、構成アミノ酸残基のプロトン親和性と相関するアミノ酸の回転が生じる事が明らかになった。この結果から、本酵素の生理的な構造と相関したプロトン輸送機構が示唆された。さらに、種々なナノ・バイオ物質に対しても第一原理計算を行い、電子状態と構造の相関関係についての微視的な知見を得た。
2: おおむね順調に進展している
今年度前半には、東日本大震災の影響で計算機を例年のように使用する事ができない時期もあったが、優先順位をつけ、稼働可能な計算機を用いることにより一定の成果を出す事ができた。
次年度は、非天然合成化合物の生分解酵素であり環境浄化の点で重要なナイロン分解酵素に対し、分解反応を担うアミノ酸の周りの蛋白質環境に対する研究に力を入れる予定である。
すべて 2012 2011
すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (15件)
Biochimica et Biophysica Acta
巻: 1807 ページ: 1328-1335
10.1016/j.bbabio.2011.03.015
Physical Review B
巻: 83 ページ: 155444-1-155444-6
10.1103/PhysRevB.83.153413
巻: 83 ページ: 153413-1-153413-4
Physica Status Solidi (c)
巻: 8 ページ: 2279-2281
10.1002/pssc.201001085
