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2013 年度 実績報告書

生理活性分子の分子設計のための理論化学的研究

公募研究

研究領域天然物ケミカルバイオロジー:分子標的と活性制御
研究課題/領域番号 24102520
研究機関広島大学

研究代表者

相田 美砂子  広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90175159)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワード生理活性 / 非経験的分子軌道法 / 水和 / モンテカルロ法 / 分子動力学法
研究概要

天然物リガンドに関しての構造や反応性等の情報を収集した。非常に多種類のものが存在するが、構造に関する分類として次の2種類に分けた。(1) 環境の変化により、構造があまり変化しないと予想されるもの、および、 (2) 環境により、構造が大きく変化することが予想されるものである。
トリメチルアミンオキシド(TMA)は、(1)の代表例である。この分子の電子構造および水和構造を明らかにするための計算を実行した。TMAは、浸透圧調整物質として良く知られているが、蛋白質のフォールディングに影響を与えることも知られている。TMAの構造が水和によってどのように変わるのか、またTMAがまわりの水分子にどのような影響を与えるのか、について、非経験的分子軌道法と分子力場法を組み合わせた計算を進めた。その結果、TMAの幾何学的構造は水和によってほとんど変化しないが、非常に特徴的な水和構造が形成されることが明らかとなった。TMAの影響により、直接水和している水分子だけでなく、そのまわりの水分子が特徴的な配向をする。これは、生理活性分子の作用機序に関して、新たな視点を提示するものである。
グルコース(α体とβ体)とマンノース(α体とβ体)は、(2)の代表例である。単糖には、分子内水素結合の仕方により、さまざまな安定構造がある。QM/MM計算を実行することにより、孤立状態においての安定な構造と、水溶液において見いだされる構造が異なることを見出した。水和の効果をPCM計算で見積もった場合には、そのような構造変化は表れない。グルコースとマンノースそれぞれのα体とβ体(アノマー)の水溶液中における安定性の違いをQM/MM計算により正しく予測することができた。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A new variant of multicanonical Monte Carlo algorithm with specifying the temperature range and its application to the hydration free energy change of fluorinated methane derivatives2014

    • 著者名/発表者名
      Hideo Doi, Misako Aida
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 595-596 ページ: 55-60

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2014.01.044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of Trimethylamine N-oxide (TMAO) on Three-Dimensional Distribution and Alignment of Solvent Molecules in Aqueous Solution2014

    • 著者名/発表者名
      Hideo Doi, Yudai Watanabe, Misako Aida
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1246/cl.140043

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Macrodipole Moment of Polypeptides inβ-Sheet and Its Prediction from Dipole Moments of Amino Acid Residues as Building Blocks: Alanine and Glycine in β-Strand2013

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Mieda, Misako Aida
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 42 ページ: 473-475

    • DOI

      10.1246/cl.130084

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab Initio QM/MM-MC Study on Hydrogen Transfer of Glycine Tautomerization in Aqueous Solution: Helmholtz Energy Changes along Water-mediated and Direct Processes2013

    • 著者名/発表者名
      Hidenori Miyamoto, Misako Aida
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 42 ページ: 598-600

    • DOI

      10.1246/cl.130126

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Helmholtz Energy Change between Neutral and Zwitterionic Forms of Glycine in Aqueous Solution Using Ab Initio Expanded QM/MM-MC with QM Solvent2013

    • 著者名/発表者名
      Hidenori Miyamoto, Misako Aida
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 42 ページ: 1010-1012

    • DOI

      10.1246/cl.130412

    • 査読あり
  • [学会発表] 水溶液中におけるグルコピラノースおよびマンノピラノースのアノマー異性化2014

    • 著者名/発表者名
      小坂有史,出射早希子,勝本之晶,相田美砂子
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Intra- and intermolecular interactions of α-, β-, γ-cyclodextrins: from the gas phase to aqueous solution2014

    • 著者名/発表者名
      Dai Akase, Misako Aida, Sotiris S. Xantheas
    • 学会等名
      Symposium on Molecular Science and Synthesis of Functional Molecules for Next Generation
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima
    • 年月日
      20140310-20140311
  • [学会発表] A Theoretical study of hydration effects on hexopyranoses2014

    • 著者名/発表者名
      Sakiko Idei, Misako Aida
    • 学会等名
      Symposium on Molecular Science and Synthesis of Functional Molecules for Next Generation
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima
    • 年月日
      20140310-20140311
  • [学会発表] Graph representation of protonated water cluster and a comprehensive search of local minimum structures of protonated water octamer2013

    • 著者名/発表者名
      Dai Akase, Misako Aida, Hiroyuki Tramae
    • 学会等名
      The 10th Nano Bio Info Chemistry Symposium
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima
    • 年月日
      20131214-20131215
  • [学会発表] A theoretical study of hydration number of TMAO2013

    • 著者名/発表者名
      Yudai Watanabe, Hideo Doi, Misako Aida
    • 学会等名
      The 10th Nano Bio Info Chemistry Symposium
    • 発表場所
      Higashi-Hiroshima
    • 年月日
      20131214-20131215
  • [学会発表] Helmholtz Energy Change between Neutral and Zwitterionic Forms of Glycine in Aqueous Solution2013

    • 著者名/発表者名
      Misako Aida, Hidenori Miyamoto
    • 学会等名
      5th JCS International Symposium on Theoretical Chemistry
    • 発表場所
      Nara
    • 年月日
      20131202-20131206
    • 招待講演
  • [学会発表] アダマンタンとアダマンタン置換体における水和のホルムヘルツエネルギー2013

    • 著者名/発表者名
      土居英男,相田美砂子
    • 学会等名
      2013年日本化学会中国四国支部大会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      20131116-20131117
  • [学会発表] プロトン化水クラスターのグラフ表示と安定構造の網羅的探索2013

    • 著者名/発表者名
      赤瀬大,相田美砂子,寺前 裕之
    • 学会等名
      第36回情報化学討論会
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      20131107-20131108
  • [学会発表] A theoretical study on hydration patterns of bioactive molecules2013

    • 著者名/発表者名
      Misako AIDA, Sakiko IDEI
    • 学会等名
      The 1st International Symposium on Chemical Biology of Natural Products: Target ID and Regulation of Bioactivity
    • 発表場所
      Yokohama
    • 年月日
      20131028-20131029
  • [学会発表] ヘキソピラノースアノマーの水和による安定化エネルギーについての理論化学的研究2013

    • 著者名/発表者名
      出射早希子,相田美砂子
    • 学会等名
      第7回分子科学討論会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20130924-20130927
  • [学会発表] 浸透圧調節物質の水和構造に関する理論化学研究2013

    • 著者名/発表者名
      相田 美砂子, 渡部 雄大,土居 英男
    • 学会等名
      第4回ケミカルバイオロジー公開シンポジウム
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      20130528-20130529
  • [備考] AIDA group

    • URL

      http://www.nabit.hiroshima-u.ac.jp/aida/

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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