当センターを利用した研究成果の紹介

新型コロナウイルスの遺伝子を複製するタンパク質(RNA依存性RNAポリメラーゼ)にレムデシビルが取り込まれる過程を分子動力学シミュレーションで解明しました。レムデシビルにはマイナス電荷を持つリン酸基があり、RNAポリメラーゼの結合サイトにはMg2+イオンがあります。さらにRNAポリメラーゼにはプラス電荷を持つアミノ酸であるリジン残基が結合サイトに向かって一列に並んでいます。リジン残基がレムデシビルのリン酸基を引きよせ、それを隣のリジン残基に受け渡すことを繰り返しながら、バケツリレーのように薬剤を結合サイトに運んでいることが明らかになりました。

S. Tanimoto, S. G. Itoh, and H. Okumura: Biophys. J. (2021), DOI: 10.1016/j.bpj.2021.07.026, “Bucket brigade” using lysine residues in RNA-dependent RNA polymerase of SARS-CoV-2

機能ダイナミクスは、生体分子マシンが働く仕組みを理解する上で必要不可欠である。例えば、膜輸送タンパク質(トランスポーター)は、内向き開構造と外向き開構造の間をいったりきたりすることで、膜をこえた基質輸送を行っている。このような生体分子マシンの全原子モデルでのシミュレーション系は数十万原子数にも及び、機能発現にかかる時間ミリ秒スケールの直接的なシミュレーションは困難であるが、ダイナミクスの促進や遷移ダイナミクスを集中的にサンプリングする手法によって、機能発現の瞬間の分子メカニズムを解明している。
K. Okazaki, D. Wöhlert, J. Warnau, H. Jung, Ö. Yildiz, W. Kühlbrandt and G. Hummer, Nat. Commun. 10, 1742 (2019)

化学反応は固有反応座標(IRC)に沿って起こるのか? 金5量体に対しab initio MD計算による古典軌道をグローバル反応経路地図上にマッピングして動的経路を解析し、反応経路跳躍の概念を提案。

T. Tsutsumi, Y. Harabuchi, Y. Ono, S. Maeda, and T. Taketsugu, Phys. Chem. Chem. Phys., 20, 1364 (2018).

アミド化合物は広く医農薬品に利用されています。スーパーコンピューターを利用した量子化学計算によって、アミド化反応を高効率に実現するNb2O5表面の触媒活性の要因を明らかにしました。
P. Hirunsit, T. Toyao, S. M. A. H. Siddiki, K. Shimizu, M. Ehara, ChemPhysChem (2018).

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