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所属 |
工学教育研究部 工学科応用物質化学プログラム担当 |
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職名 |
特別教授 |
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外部リンク |
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学位 【 表示 ／ 非表示 】
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博士(Philosophy) （ 1989年9月 ニューヨーク州立大学（米国） ）
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農学修士 （ 1984年3月 大阪府立大学 ）
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農学 （ 1982年3月 大阪府立大学 ）
研究分野 【 表示 ／ 非表示 】
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ナノテク・材料 / 高分子材料 / セルロース, 分子シミュレーション、多糖類、糖質関連タンパク質
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ライフサイエンス / 構造生物化学
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ライフサイエンス / 応用生物化学
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ライフサイエンス / 木質科学 / セルロース, 分子シミュレーション、多糖類、糖質関連タンパク質
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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キトサン－塩化亜鉛複合体結晶モデルの分子シミュレーション研究 査読あり
野田虎大郎、宇都卓也、湯井敏文
Journal of Fiber Science and Technology 79 ( 2 ) 24 - 31 2023年2月
担当区分：最終著者, 責任著者 記述言語：日本語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：一般社団法人 繊維学会
We report molecular dynamics simulation study of chitosan－zinc chloride complex crystal model to predict a hydrated structure and to evaluate the potential of mean force (PMF), namely, the free energy difference, in migration of a guest zinc chloride molecule in the crystal model. The accelerated molecular dynamics method was adopted to predict the hydrate structure of the crystal model, which proposed the crystal model interior involving four to five water molecules per a unit cell. The water molecules were mostly located in the crystal void surrounded by the functional groups of D-glucosamine and zinc chloride molecules, where the water molecules were mostly coordinated to zinc atoms. The PMF profile, obtained by using adaptive steered molecular dynamics method, exhibited continuously increase in the base line accompanied with appreciable minima, each of which corresponded to formations of interactions between the zinc chloride molecule and the polar functional groups, suggesting that the zinc chloride molecule on migration was handed over the C6 hydroxyl and C2 amino groups, while C3 hydroxyl groups were irrelevant to such an interaction. It was suggested that a zinc chloride molecule was more readily accommodated in the void through coordination with a C6 hydroxyl group which was more spatially mobile through C5-C6 bond rotation.
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Yui T., Uto T.
Cellulose 29 ( 5 ) 2855 - 2867 2022年3月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Cellulose
Abstract: Cellulose I crystals swell on exposure to ethylenediamine (EDA) molecules to form a cellulose I–EDA complex, and successive extraction of EDA molecules converts the complex crystalline phase to either original cellulose I or cellulose IIII, depending on the treatment procedure. The present study reports the extended ensemble molecular dynamics (MD) simulation of the cellulose I–EDA complex models. An accelerated MD simulation allows most of the EDA molecules to desorb from the crystal model through a hydrophilic channel between the piles of cellulose chains, one at a time. Migration of a single EDA molecule along the channel is simulated by the adopted steered MD method combined with the umbrella sampling method to evaluate the potential of mean force (PMF) or free energy change on its movement. The PMF continues to increase during the migration of an EDA molecule to give a final PMF value of more than 30 kcal/mol. The PMF profiles are largely lowered by the removal of EDA molecules in the neighboring channels and by the widening of the channel. The former suggests that the EDA desorption cooperates with that in the neighboring channels, and, in the latter case, an EDA migration is efficiently promoted by solvation with water molecules in the expanded channel. We conclude that the atomistic picture of the EDA desorption behaviors observed in the crystal models is applicable to the real crystalline phase. Graphic abstract: [Figure not available: see fulltext.]
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Cellulose-synthesizing machinery in bacteria 招待あり 査読あり 国際共著
Tajima K., Imai T., Yui T., Yao M., Saxena I.
Cellulose 29 ( 5 ) 2755 - 2777 2022年3月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Cellulose
Abstract: Cellulose is produced by all plants and a number of other organisms, including bacteria. The most representative cellulose-producing bacterial species is Gluconacetobacter xylinus, an acetic acid bacterium. Cellulose produced by G. xylinus, commonly referred to as bacterial cellulose (BC), has exceptional physicochemical properties resulting in its use in a variety of applications. All cellulose-producing organisms that synthesize cellulose microfibrils have membrane-localized protein complexes (also called terminal complexes or TCs) that contain the enzyme cellulose synthase and other proteins. The bacterium G. xylinus is a prolific cellulose producer and a model organism for studies on cellulose biosynthesis. The widths of cellulose fibers produced by Gluconacetobacter are 50–100 nm, suggesting that cellulose-synthesizing complexes are nanomachines spinning a nanofiber. At least four different proteins (BcsA, BcsB, BcsC, and BcsD) are included in TC from Gluconacetobacter, and the proposed function of each is as follows: BcsA, synthesis of a glucan chain through glycosyl transfer from UDP-glucose; BcsB, complexes with BcsA for cellulose synthase activity; BcsC, formation of a pore in the outer membrane through which a glucan chain is extruded; BcsD, regulates aggregation of glucan chains through four tunnel-like structures. In this review, we discuss structures and functions of these four and a few other proteins that have a role in cellulose biosynthesis in bacteria. Graphic abstract: [Figure not available: see fulltext.].
DOI： 10.1007/s10570-021-04225-7
その他リンク： https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-021-04225-7/fulltext.html
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Molecular and crystal structure of a chitosan−zinc chloride complex 招待あり 査読あり
Yui T., Uto T., Ogawa K.
Nanomaterials 11 ( 6 ) 2021年6月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Nanomaterials
We determined the molecular and packing structure of a chitosan–ZnCl2 complex by X-ray diffraction and linked-atom least-squares. Eight D-glucosamine residues—composed of four chitosan chains with two-fold helical symmetry, and four ZnCl2 molecules—were packed in a rectangular unit cell with dimensions a = 1.1677 nm, b = 1.7991 nm, and c = 1.0307 nm (where c is the fiber axis). We performed exhaustive structure searches by examining all of the possible chain packing modes. We also comprehensively searched the positions and spatial orientations of the ZnCl2 molecules. Chitosan chains of antiparallel polarity formed zigzag-shaped chain sheets, where N2···O6, N2···N2, and O6···O6 intermolecular hydrogen bonds connected the neighboring chains. We further refined the packing positions of the ZnCl2 molecules by theoretical calculations of the crystal models, which suggested a possible coordination scheme of Zn(II) with an O6 atom.
DOI： 10.3390/nano11061407
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Takuya Uto, Yuki Ikeda, Naoki Sunagawa, Kenji Tajima, Min Yao, and Toshifumi Yui
Journal of Chemical Theory and Computation 17 ( 1 ) 488 - 496 2020年12月
担当区分：責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Journal of Chemical Theory and Computation
The present study reports the building of a computerized model and molecular dynamics (MD) simulation
of cellulose synthase subunit D octamer (CesD) from Komagataeibacter
hansenii. CesD was complexed with four cellulose chains
having DP = 12 (G12) by model building, which revealed
unexpected S-shaped pathways with bending regions. Combined
conventional and accelerated MD simulations of CesD complex
models were carried out, while the pyranose ring conformations of
the glucose residues were restrained to avoid undesirable deviations
of the ring conformation from the 4C1 form. The N-terminal
regions and parts of the secondary structures of CesD established
appreciable contacts with the G12 chains. Hybrid quantum
mechanical (QM) and molecular mechanical (MM) simulations
of the CesD complex model were performed. Glucose residues located at the pathway bends exhibited reversible changes to the ring
conformation into either skewed or boat forms, which might be related to the function of CesD in regulating microfibril production.
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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計算化学手段によるせるおーすナノファイバー構造のミクロ解析「セルロースナノファイバーの調製，分散・複合化と製品応用」
湯井敏文、宇都卓也（ 担当： 共著 , 範囲: 全般）
シーエムシー出版 2015年1月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
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バイオマス分解酵素研究の最前線―セルラーゼ・ヘミセルラーゼを中心として―
湯井敏文、椎葉大偉（ 担当： 共著 , 範囲: 全般）
シーエムシー出版 2012年3月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
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Molecular Dynamics Simulations of Cellulose Crystal Models in "Interfacial Researches in Fundamental and Matewrial Sciences of Oligo- Polysaccharides"
Toshifumi Yui（ 担当： 単著 , 範囲: 分担章の全体）
Research Signpost 2009年4月
記述言語：英語 著書種別：学術書
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Three-dimensional Assembly of Chitin and Chitosan in "Material Science of Chitin and Chitosan" (T.Uragami, S.Tokura eds.)
K.Ogawa, T.Yui（ 担当： 共著 , 範囲: Cahpter 2, pp.21-49）
Springer-Verlag, Kodansha 2006年1月
記述言語：英語 著書種別：学術書
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X-ray Diffraction Study of Polysaccharides in "Polysaccharides, Structural Diversity and Functional Versatility" (S.Dumitriu ed.) 全p.1147
K.Ogawa, T.Yui（ 担当： 共著 , 範囲: Chapter 4, p.101-129）
Mercel Dekker, Inc. 2005年8月
記述言語：英語 著書種別：学術書
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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分子レベルから解き明かすセルロース繊維の不思議 招待あり
湯井敏文、宇都卓也
化学 76 ( 5 ) 44 - 48 2021年5月
担当区分：責任著者 記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア） 出版者・発行元：化学同人
古来よりセルロースは人類にとって身近な生体材料であったが、セルロース繊維と繊維を紡ぎだす姿が分子レベルで明らかになったのはこの20年間のことである。それにはＸ線結晶構造解析や電子顕微鏡観察等の解析手段だけでなく、理論・実験に続く第三の研究手段としての地位を確立した分子シミュレーションが重要な役割を担った。
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分子力学計算における補完力場パラメータの作成
宇都卓也、湯井敏文
Cellulose Communications 27 ( 1 ) 28 - 33 2020年3月
担当区分：責任著者 記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）
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糖鎖の分子動力学シミュレーション
湯井敏文、宇都卓也、早川大地、阿部幸浩
Cellulose Communications 26 ( 1 ) 35 - 39 2019年3月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）
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分子鎖シートの立体構造安定性に基づいたセルロース結晶多形の構造特性解析
宇都 卓也、米倉 努、湯井 敏文
Cellulose Communications 25 ( 1 ) 15 - 19 2018年3月
担当区分：責任著者 記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）
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分子シミュレーションによる結晶性セルロース基質に対するセロビオヒドロラーゼ糖結合性モジュール基質認識特性の解析
湯井敏文、椎葉大偉
応用糖質科学 2 ( 2 ) 129 - 135 2012年5月
記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌） 出版者・発行元：日本応用糖質学会
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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天然セルロース結晶表面からの分子鎖剥離に関する分子シミュレーション研究
米倉健太、宇都卓也、湯井敏文
令和 5 年度九州地区高分子若手研究会・ 冬 の講演会 2023年11月16日
開催年月日： 2023年11月16日
会議種別：ポスター発表
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量子化学計算による糖質分子の立体化学研究
藤川 大雅、湯井 敏文、宇都 卓也
令和 5 年度九州地区高分子若手研究会・ 冬 の講演会 2023年11月16日
開催年月日： 2023年11月16日
会議種別：ポスター発表
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セルロース結晶面上を移動するTrichoderma reesei由来 セロビオヒドロラーゼ糖結合性モジュールタンパク質の基質認識
末永 ひな乃，宇都 卓也，湯井 敏文
セルロース学会第 30回年次大会 2023年9月28日
開催年月日： 2023年9月28日 - 2023年9月29日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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各種溶媒に対する天然セルロース結晶の熱力学的評価
米倉健太，宇都 卓也，湯井 敏文
セルロース学会第 30回年次大会 2023年9月28日
開催年月日： 2023年9月28日 - 2023年9月29日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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拡張アンサンブル分子動力学計算法による多糖類分子鎖形成する高次構造の解析
湯井敏文、宇都卓也
第72回高分子討論会 2023年9月27日
開催年月日： 2023年9月26日 - 2023年9月28日
会議種別：口頭発表（招待・特別）
科研費（文科省・学振・厚労省）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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糖鎖相互作用の機構解明を目指した新規な分子力場の開発
研究課題/領域番号：23K18510 2023年04月 - 2026年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費基金 挑戦的研究（萌芽）
宇都 卓也
担当区分：研究分担者
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分子シミュレーションとデータ科学手段の連携による多糖誘導体キラル分離機構の解明
研究課題/領域番号：21K05187 2021年04月 - 2024年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究(C)
湯井敏文、宇都卓也
担当区分：研究代表者
生体が光学異性体に対して高い識別能を持つことから、キラルな医薬品の開発・合成・製造過程において生理活性を示す光学異性体の分離が大変重要である。この分離を行う装置の
部材であるセルロース誘導体キラル充填剤は岡本佳男によって開発され、（株）ダイセルによって、今日、世界のトップシェアを占める種々の多糖誘導体キラル充填剤が商品化された。
本申請研究は、多糖誘導体が示す光学異性体分離現象を分子論的に解明するために、分子シミュレーション手段を適用する。安定したキラル分離が再現される計算手段を確立し、種々のキラル分子と既存の多糖誘導体充填剤のシミュレーションモデル系へ解析対象を拡げ、それらに共通する分離機構モデルを提案する。シミュレーションが提供するキラル分離の分子描像や熱力学量等の体系的な計算結果と蓄積された膨大な分離実験データに対してデータ駆動型解析を適用し、本申請研究の解析コンセプトを発展させ、キラル分子のin silico絶対構造予測や新規多糖誘導体充填剤の分子・材料設計の可能性を探る。 -
芳香環酸素添加酵素の機能改変とコンビナトリアルケミストリーへの利用
2006年06月 - 2007年03月
科学研究費補助金 基盤研究(C)
担当区分：研究分担者
芳香環酸素添加酵素の機能改変とコンビナトリアルケミストリーへの利用
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生理活性糖鎖の光二構造・機能創刊のビジュアル解析
1999年04月 - 2000年03月
科学研究費補助金 基盤研究(C)
担当区分：研究分担者
企画調査研究として、糖質を対象とした分子モデリング研究の国内、国外の動向を調査した。
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血液型特異性糖鎖分子の立体配座解析
1994年04月 - 1995年03月
科学研究費補助金 奨励研究A
担当区分：研究代表者
血液型特異性糖鎖分子を対象とした、分子モデリング手段による体系的な立体配座解析を行った。
その他競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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高校生のためのマニファクチュアリングコンテスト
2007年11月 - 2008年10月
日産科学振興財団 理科環境教育助成
担当区分：研究代表者
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血液型特性糖鎖を例とした分子シミュレーション計算法による複合糖質分子の立体配座解析アルゴリズムの開発
1995年04月 - 1996年03月
民間財団等 内藤記念科学奨励金
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
分子モデリング手段による体系的な血液型特性糖鎖の立体配座解析を行った。
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キトサン・金属複合体結晶構造に関する研究
1995年04月 - 1996年03月
民間財団等 実吉奨学会研究助成金
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
X線回折法によりキトサンと金属複合体結晶構造解析を行い、重金属とキトサンアミノ基の錯体構造を解明した。
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ウイルスによって認識されるリポ多糖ヘキソース部位の３次元立体構造の解明
1992年04月 - 1993年03月
民間財団等 笹川科学研究助成
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
分子モデリング手段によりウィルスによって認識される細菌細胞壁構成LPS糖鎖の立体配座解析をおこなった。
研究・技術シーズ 【 表示 ／ 非表示 】
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ヒトiPS細胞、幹細胞のエピジェネティクス
獣医療に応用可能な動物iPS細胞作成法の開発ホームページ： 湯井研究室
技術相談に応じられる関連分野：・分子や材料の構造や特性を予測する計算化学（分子力学法、分子動力学法、分子軌道法）プログラムの基本的な使用法や計算結果の解釈の仕方、またはそれらを用いた依頼計算
・タンパク質モデリング手段による遺伝情報からタンパク質立体構造モデルの予測と立体構造モデルの改良、およびリガンド分子との結合状態を予測するドッキング解析メッセージ：研究の性格上、共同研究先は、主に、他大学の実験研究グループですが、県内企業からは、材料研究にける設計や広報用シミュレーションムービー作成の依頼に対応したことはあります。