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2021 年度 実績報告書

金属イオンの水和ダイナミクスとタンパク質配位シミュレーション

公募研究

研究領域「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
研究課題/領域番号 20H05518
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

渡邉 宙志  慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特任講師 (20767199)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード金属タンパク質 / 分子動力学計算 / 量子化学計算 / 溶媒和ダイナミクス
研究実績の概要

金属タンパク質の金属イオンの選択/非選択性の背後に存在する共通した金属認識原理は、金属動態を理解し制御する上で非常に重要な要素となる。
一般的にタンパク質とイオンなどの結合を議論するには、タンパク質配位した状態だけでなく、水和状態およびタンパク質に取り込まれる際のダイナミクスまで考慮する必要がある。その際、遷移金属イオンは水分子と強く配位しているために、溶質のイオンだけでなく、水の量子化学効果を取り込む必要がある。しかしながら従来の分子シミュレーションは、水の量子化学効果を動的に取り込むことができず、金属イオンの動的な解析はほとんどなされてこなかった。そこで本研究では、溶液系での金属イオンの水和ダイナミクスとタンパク質による取り込みのエナジェティクス解析のための理論的基盤の創出と応用を目指した。
具体的には我々が過去に開発した水の量子化学効果の取り込む計算手法(Size-consistent multi-partitioning:SCMP)を拡張し、遷移金属の取り扱いを可能にした。さらに拡張した手法を溶媒和自由エネルギー計算の枠組みに融合させることで様々な金属イオンの結合エネルギーの高精度な算出を試みた。そのために具体的ターゲットとして、金属タンパク質シャペロンAtx1およびCCSを用いた金属イオンの結合性と溶媒和効果の解析をおこなった。銅イオンは毒性があるが、同時に生体に不可欠な存在である。これらタンパク質は、一時的に二量体を形成し銅イオンを授受することで銅イオンの局在性を保っている。しかし二量体のその結合様式や安定性に関して議論があった。そこで当該手法を応用し結合に重要なアミノ酸残基やその性質を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Optimizing Parameterized Quantum Circuits with Free-Axis Selection2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi C Watanabe, Rudy Raymond, Yu-Ya Ohnishi, Eriko Kaminishi, Michihiko Sugawara
    • 雑誌名

      2021 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering

      巻: 2021 ページ: 100-111

    • DOI

      10.1109/QCE52317.2021.00026

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Post-Hartree-Fock method in quantum chemistry for quantum computer2021

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano, Hiroshi C. Watanabe, Ken M. Nakanishi, Yu-ya Ohnishi
    • 雑誌名

      The European Physical Journal Special Topics

      巻: 230 ページ: 1037~1051

    • DOI

      10.1140/epjs/s11734-021-00087-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proton transfer in bulk water using the full adaptive QM/MM method: integration of solute- and solvent-adaptive approaches2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi C. Watanabe, Masayuki Yamada, Yohichi Suzuki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 23 ページ: 8344~8360

    • DOI

      10.1039/D1CP00116G

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 回転軸選択法による量子回路最適化2021

    • 著者名/発表者名
      渡邉宙志, Rudy Raymond, 大西裕也, 上西慧理子, 菅原道彦
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
  • [学会発表] Proton transfer dynamics simulation using adaptive QM/MM method2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe
    • 学会等名
      13th symposium on Discovery, Fusion, Creation of New Knowledge by Multidisciplinary Computational Sciences
  • [学会発表] Optimizing Parameterized Quantum Circuits with Free-Axis Selection2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi C. Watanabe, Rudy Raymond, Yu-ya Ohnishi, Eriko Kaminishi, Michihiko Sugawara
    • 学会等名
      2021 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] 回転軸選択法による量子回路最適化2021

    • 著者名/発表者名
      渡邉宙志, Rudy Raymond, 大西裕也, 上西慧理子, 菅原道彦
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2021年秋季大会
  • [学会発表] Proton transfer in bulk water using the full adaptive QM/MM method2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi C. Watanabe
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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