湯井 敏文 (ユイ トシフミ)

YUI Toshifumi

写真a

職名

教授

外部リンク

学位 【 表示 / 非表示

  • 博士(Philosophy) ( 1989年9月   ニューヨーク州立大学(米国) )

  • 農学修士 ( 1984年3月   大阪府立大学 )

  • 農学 ( 1982年3月   大阪府立大学 )

研究分野 【 表示 / 非表示

  • ライフサイエンス / 構造生物化学

  • ライフサイエンス / 応用生物化学

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Molecular Dynamics Simulation of Cellulose Synthase Subunit D Octamer with Cellulose Chains from Acetic Acid Bacteria: Insight into Dynamic Behaviors and Thermodynamics on Substrate Recognition 査読あり

    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

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    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.

    DOI: 10.1021/acs.jctc.0c01027

  • Nanocellulose enriches enantiomers in asymmetric aldol reactions 査読あり

    Naliharifetra Jessica Ranaivoarimanana, Xin Habaki, Takuya Uto, Kyohei Kanomata, Toshifumi Yui and Takuya Kitaoka

    RSC Advances   10   3706437071 - 37071   2020年9月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: DOI: 10.1039/d0ra07412h

  • Docking and molecular dynamics study of the carbohydrate binding module from trichoderma reesei cel7a on the surfaces of the cellulose IIII crystal 査読あり

    Toshifumi Yui, Takuya Uto

    Journal of Renewable Materials   8 ( 8 )   863 - 878   2020年7月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We report the systematic survey of the binding free energies at the interface between a carbohydrate binding module (CBM) of Cel7A and the cellulose IIII crystal model using grid docking searches and molecular dynamics simulations. The two hydrophobic crystal surfaces were involved in the distinct energy minima of the binding free energy. The complex models, each with the CBM at the minimum energy position, stably formed in the solution state. The binding free energies of the cellulose IIII complex models, based on both static and dynamics states, were comparable to those of the native cellulose complex models. However, the cellulose IIII crystal had a larger binding surface, which is compatible with the observed high enzymatic activity of Cel7A for the cellulose IIII substrate.

    DOI: 10.32604/jrm.2020.010830

  • 分子力学計算における補完力場パラメータの作成 招待あり

    宇都卓也、湯井敏文

    Cellulose Communications   27 ( 1 )   28 - 33   2020年3月

     詳細を見る

    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    コンピュータによって分子の立体構造とエネルギーを評価する手段は、その理論的背景によって量子化学計算法と分子力学計算法に大別される。後者は、電子構造を考慮しないため、はるかに少ない計算量で立体構造の予測が可能である。そのため、セルロースのような結晶性高分子材料を対象とした理論計算研究を実施する場合、通常、分子力場を背景とする分子動力学法が適用される。ところが、計算対象をセルロース誘導体や複合体材料へ拡張すると、たちまち、「パラメータが無い」という問題に出会う。このことは、目的分子の構成原子の元素記号と核の幾何学配置(初期立体構造)、分子全体の電荷、およびスピン多重度の情報さえ与えれば計算が実行できる量子化学計算法と異なる。従って、分子力学法の新しい理論や計算法を目指すまでに至らないエンドユーザーの立場であっても、パラメータ作成は研究対象を広げるうえで必須の技術となる。
     現在、セルロース材料の分子動力学研究で広く利用されるAMBER、CHARMM、およびGROMACSに装備された分子力場パラメータは、計算化学を専門とする研究グループによって開発され、長期間にわたって改良が重ねられてきた。パラメータ開発に関する網羅的な解説は、一冊の書籍にも匹敵する内容となる。本稿はトピックスを限定し、既存パラメータセットの利用を前提として、それに装備されていないパラメータを補完する方法について解説する。筆者らがAMBER力場の糖質分子パラメータGLYCAM1を用いたセルロース材料計算で実施した、セルロース複合体ゲスト分子であるエチレンジアミン(EDA)2およびセルロース誘導体のパラメータ作成事例を紹介する。

  • Molecular dynamics simulation of cellulose I-ethylenediamine complex crystal models 査読あり

    Takuya Uto, Meguru Minamizaki, Toshifumi Yui

    Journal of Physical Chemistry B   2019年12月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    It has been known that cellulose I fibrils swell on the exposure to ethylene diamine (EDA) as the amine molecules penetrate into the cellulose crystals, which forms cellulose I-EDA regarding as the host materials with guest intercalation. The discussion of the host-guest interaction at the atomic and molecular levels is a necessity in order to design the cellulosic materials by control the interfacial phenomena. In the present study, the cellulose I-EDA models with finite length in solution state were carried out the molecular dynamics (MD) simulation to investigate the diffusion and desorption process of guest from the crystal surface and the dynamic behavior of the interior structure. The crystal models exhibited the right-handed twist which is known to the solvated cellulose I as a result of desorption of EDA molecules from crystal surface of the (100), (1-10) and (110) surface. Furthermore, water penetration into the place where guest molecules were detached, suggesting that the intermolecular hydrogen bonds between cellulose and EDA cleaved by water penetration to promote the EDA desorption. Focusing on the internal structure, the intermolecular hydrogen bonds exchanged from initial pattern, as the result of changes in the conformation of hydroxymethyl and hydroxyl groups. It was presumed the conversion to the more stable structure occurred due to kinetic effects.

    DOI: 10.102/acs.jpcb.9b08153

全件表示 >>

書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 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 

     詳細を見る

    記述言語:日本語 著書種別:学術書

  • 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 

     詳細を見る

    記述言語:英語 著書種別:学術書

  • 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 

     詳細を見る

    記述言語:英語 著書種別:学術書

  • 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 

     詳細を見る

    記述言語:英語 著書種別:学術書

  • X-Ray Diffraction Study of Polysaccharides in "Structural Diversity and Functional Versatility of Polysaccharides" Second Edition (S. Dumitriu ed.) 全p.1204

    T.Yui, K.Ogawa( 担当: 共著 ,  範囲: Chapter 4, pp.99-122)

    Marcel Dekker Inc.  1998年5月 

     詳細を見る

    記述言語:英語 著書種別:学術書

全件表示 >>

MISC 【 表示 / 非表示

  • 分子レベルから解き明かすセルロース繊維の不思議

    湯井敏文、宇都卓也

    化学   76 ( 5 )   44 - 48   2021年5月

     詳細を見る

    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。

  • 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

     詳細を見る

    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  

  • セルロースIIII型結晶モデルで観察される結晶構造転換挙動

    湯井敏文

    Cellulose Communications   19 ( 1 )   7 - 11   2012年1月

     詳細を見る

    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:セルロース学会  

  • 宮崎大学自然共生技術研究センター講演会レポート‐セルロースの合成から分解までを分子の視点で追跡する‐

    湯井敏文

    Cellulose Communications   18 ( 4 )   183 - 185   2011年12月

     詳細を見る

    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:セルロース学会  

  • 天然セルロース結晶モデルの分子シミュレーション研究

    Toshifumi Yui

    Celulose Communications   13 ( 1 )   12 - 17   2006年1月

     詳細を見る

    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:セルロース学会  

全件表示 >>

講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • セルロースⅠ型-アミン複合体結晶内部における ゲスト分子の拡散挙動

    末國裕汰, 宇都卓也, 湯井敏文

    第56回化学関連支部合同九州大会  (北九州国際会議場)  化学関連支部合同九州大会実行委員会

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年7月13日

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:北九州国際会議場  

    セルロースⅠ型複合体はセルロースⅠ型からセルロースⅢⅠ型へと結晶転移する際に中間体として存在し、アミン分子を脱離させることにより、ⅢⅠ型結晶に結晶転移する。本研究では、エチレンジアミン(EDA)分子とアンモニア(NH3)分子のセルロースⅠ型-アミン複合体結晶内部における拡散挙動について,操舵分子動力学計算(steered molecular dynamics, SMD) 法を適用し、ゲスト分子の脱離過程と脱離挙動とそれに伴う自由エネルギー変化量を評価した。

  • ニワトリ卵白リゾチームの糖加水分解反応シミュレーション

    三谷 亮樹、宇都 卓也、湯井 敏文

    第56回化学関連支部合同九州大会  (北九州国際会議場)  化学関連支部合同九州大会実行委員会

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年7月13日

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:北九州国際会議場  

    ニワトリ卵白リゾチーム(HEWL)は細菌細胞壁の主成分であるペプチドグリカンを分解するエンドグリコシダーゼとして知られ、これまで2通りの触媒機構が提案されてきた。最近、従来の古典的分子シミュレーション手段に加え、部分的に電子構造を考慮できるQM/MM法を適用し、リゾチーム-糖鎖複合体における加水分解反応の全体像を再現することに成功した。

  • セルロースⅠ型-アミン複合体結晶からのゲスト分子脱離挙動

    堂園昌弘、宇都卓也、湯井敏文

    第56回化学関連支部合同九州大会  (北九州国際会議場)  化学関連支部合同九州大会実行委員会

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年7月13日

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:北九州国際会議場  

    セルロースⅠ型-アミン複合体はセルロースⅠ型からセルロースⅢⅠ型へと結晶転移する際に中間体として存在し、アミン分子を脱離させることにより、ⅢⅠ型結晶に結晶転移する。本研究室では、以前、セルロースⅠ型-エチレンジアミン(EDA)複合体結晶を対象とした分子シミュレーション研究を実施し、複合体結晶からのEDA分子脱離現象の解析を試みた。しかし、実際のEDA脱離と結晶転移は数日間の時間を要する現象であることから、通常のシミュレーション手段では、EDA分子の脱離は表面層EDA分子で発生するにとどまった。今回、拡張アンサンブル法の一種であるAccelerated molecular dynamics (aMD)計算を適用し、内部EDA分子の脱離挙動の観察を試みた。

  • 天然Ⅰ型セルロース結晶表面からの分子鎖剥離の分子シミュレーション研究

    吉川 綜、宇都 卓也、湯井 敏文

    第56回化学関連支部合同九州大会  (北九州国際会議場)  化学関連支部合同九州大会実行委員会

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年7月13日

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:北九州国際会議場  

    セルロースナノファイバー(CNF)は小さい線熱膨張係数と高い弾性率を持つ高機能材料として注目されるバイオ素材である。一般に、CNFは結晶性セルロース繊維を化学的、物理的、または酵素的手段によってナノオーダーまで微細化することで得られる。その際、セルロース繊維表面からセルロース分子鎖が剥離する過程が推定される。本研究では、任意の反応座標に沿って外部力を設定する操舵分子動力学(Steered molecular dynamics, SMD)計算法を用いて、分子鎖剥離過程に伴う構造変化や熱力学量変化を評価した。

  • キチン結合性タンパク質ヘベインによる糖鎖認識

    岡田美沙希, 高橋さくら,宇都卓也,湯井敏文

    化学関連支部合同九州大会  (北九州国際会議場)  化学関連支部合同九州大会実行委員会

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年7月13日

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:北九州国際会議場  

    ヘベインはHevea brasiliensis(パラゴムの木)由来のペプチドであり,植物に寄生するカビなどの細胞壁成分であるキチンと結合する。ヘベインおよびヘベイン様領域を持つ抗菌性ペプチドは,多様な抗菌性,特に抗真菌活性を示す。本研究では,キトトリオース(GlcNAc3)を糖鎖基質として,野生型および9種の変異型ヘベインを対象としたドッキングシミュレーション計算を行い,すでに報告されているNMR複合体構造(1との比較を試みた。

全件表示 >>

受賞 【 表示 / 非表示

  • 平成25年度 セルロース学会林治助賞

    2014年7月   セルロース学会  

    湯井敏文

     詳細を見る

    受賞区分:国内外の国際的学術賞  受賞国:日本国

科研費(文科省・学振)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 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:50230610  2021年04月 - 2024年03月

    科学研究費補助金  基盤研究(C)

    湯井敏文、宇都卓也

     詳細を見る

    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)

     詳細を見る

    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

  • 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)

     詳細を見る

    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。

  • 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

     詳細を見る

    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。

  • 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

    科学研究費補助金  奨励研究A

     詳細を見る

    担当区分:研究代表者 

    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LPS糖鎖の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

  • 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 

     詳細を見る

    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。

  • 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 

     詳細を見る

    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。

  • 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 

     詳細を見る

    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。