Theoretical Development for Chemical Reaction Dynamics and Kinetics in Molecular Systems with Heterogeneous and Dynamical Fluctuations

具有非均相和动态涨落的分子系统中化学反应动力学和动力学的理论发展

基本信息

  • 批准号:
    19J01569
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2019-04-25 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

反応や状態遷移イベントは周囲環境の不均一性を反映して時系列に沿った相関(動的相関)を示す. 本研究では動的相関の微視的起源を解明するための解析手法の確立を目指し、水中のBPTIタンパク質に関する1ミリ秒の超長時間MDの時系列データを対象とした研究を行った.BPTIには内部水が存在して水素結合によってタンパク質の構造安定化に寄与している. 内部水がバルク水分子と交換する過程(内部水交換)がNMR緩和分散実験およびMD計算で調べられてきた. 特にMD計算に基づいて内部水の交換時間の1次元分布関数が解析され、複数の時間スケールおよびそれらの間の動的相関の存在が示唆された. しかし、詳細はわかっていない. そこで、内部水の交換時間の2次元分布関数に基づく一連の解析によって動的相関を微視的に解明するための研究を行った.NMR実験とMD計算で平均交換時間に良好な一致がみられる内部水(W112)を対象とした. まず、交換時間の自己相関関数の解析から相関緩和の時定数が求められ、BPTIのCys14-Cys38ジスルフィド結合周囲の二面角ダイナミクスの時定数との対応から両者の関連性が示唆された. 交換時間の2次元分布関数の解析によって1マイクロ秒スケールと10ナノ秒スケールの交換時間成分の間の遷移が相関緩和の要因であるとわかり、2次元分布関数の相関項における寄与の解析から、この遷移はCys14-Cys38ジスルフィド結合に関する2つの構造状態、Majorとminor、の間の変化と関連することがわかった. また、Major構造-minor構造間の遷移に伴って内部水(W112)と水素結合しているBPTI中の2つのループ構造L1およびL2の間の距離が変化しており、これによる内部水(W112)の安定化・不安定化と交換時間の相関との関わりが示唆された.
反应和状态转换事件表现出反映周围环境异质性的时间序列相关性(动态相关性)。为此,我们建立了一种分析方法来阐明动态相关性的微观起源。水中BPTI蛋白质的毫秒超长时间MD时间序列数据。BPTI含有内部水,通过氢键有助于稳定蛋白质结构。利用NMR弛豫分散实验和MD计算研究了内部水与大量水分子的交换过程(内部水交换)。特别是,基于MD计算分析了内部水交换时间的一维分布函数,和多个时间尺度以及它们之间是否存在动态相关性,但细节尚不清楚。因此,我们进行了一项研究,通过基于内部水交换时间的二维分布函数的一系列分析来从微观上阐明动态相关性。NMR实验和MD计算之间的平均交换时间具有良好的一致性。是内部水(W112)。首先,通过分析交换时间的自相关函数确定了相关弛豫的时间常数,并根据与Cys14-Cys38二硫键周围的二面角动力学的时间常数的对应关系提出了两者之间的关系。 BPTI。对交换时间二维分布函数的分析表明,交换时间分量在1微秒尺度和10纳秒尺度上的转变是相关弛豫的原因,并分析了两者的相关项的贡献。维度分布函数表明,这种转变被发现与 Cys14-Cys38 二硫键的两种结构状态(主要和次要)之间的变化有关。此外,随着主要和次要结构之间的转变,BPTI中与内部水(W112)氢键结合的两个环结构L1和L2之间的距离发生变化,这导致了内部水(W112),建议稳定/不稳定与交换时间之间存在相关性。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
確率的に揺らぐ速度係数に基づくタンパク質の構造動力学解析
基于随机波动速率系数的蛋白质结构动力学分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    松村祥宏;斎藤真司
  • 通讯作者:
    斎藤真司
凝縮系の不均一動力学(dynamical disorder)の分子論開拓: タンパク質の構造遷移・揺らぎ階層性
凝聚态异质动力学无序分子理论的发展:蛋白质的结构转变和涨落层次
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    松村祥宏;斉藤真司
  • 通讯作者:
    斉藤真司
Microscopic insights into dynamic disorder in the conformational changes of the protein
蛋白质构象变化动态紊乱的微观观察
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    松村祥宏;斎藤真司;Yoshihiro Matsumura and Shinji Saito
  • 通讯作者:
    Yoshihiro Matsumura and Shinji Saito
タンパク質の構造変化における動的揺らぎの分子論的解析
蛋白质结构变化动态波动的分子分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    松村祥宏;斎藤真司
  • 通讯作者:
    斎藤真司
Microscopic insights into dynamic disorder in the isomerization dynamics of the protein BPTI
蛋白质 BPTI 异构化动力学动态紊乱的微观观察
  • DOI:
    10.1063/5.0055152
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    MATSUMURA Yoshihiro;SAITO Shinji
  • 通讯作者:
    SAITO Shinji
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    $ 2.58万
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  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 2.58万
  • 项目类别:
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