生体内化学過程の統計力学理論

生物化学过程统计力学理论

基本信息

批准号：
15076212
负责人：
平田文男
金额：
$ 31.36万
依托单位：
Institute for Molecular Science (2004-2007)Okazaki National Research Institutes (2003)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

アクアポリン(水チャネル)の水透過機構およびプロトン排除機構の解明:アクアポリンは水分子を透過することにより細胞内の水の濃度を調節する重要な蛋白質である。このチャネルの水分子透過機構を解明するためにはチャネル内部の水分子の分布を求める必要があるが、現在の実験の分解能では蛋白質の構造と水分子の分布の相関を求めることは極めて難しい。我々は3次元RISM理論を用いて、結晶構造が決定しているアクアポリン(AQPZ)の4つの構造に関して、そのチャネル内部の水分子の分布を決定することに初めて成功した。これらの4つのうちひとつは水分子を透過している時の構造であり、他の3つは透過しない時のそれである。水の分布関数の解析から、チャネルを構成しているひとつのアミノ酸残基(R189)の配向がチャネルの開閉機能(ゲーテイング)に関わっていることを明らかにした。[Chem. Phys. Lett., 449, 196(2007)に既報]「水分子を透過するアクアポリンが、何故、プロトンを透過しないのか?」という疑問はこのチャネルの構造が決定されて以来、大きな謎として研究者の挑戦を受けてきた。プロトンが移動する機構には二つが考えられる。ひとつは通常の拡散過程によってヒドロニウムイオンとして移動する過程、他は水素結合を介したトンネル効果によって移動する過程(GROTTHUS機構)である。我々は3次元RISM理論に基づき二種類のアクアポリン(AQP1、 G1pF)内部の水およびヒドロニウムイオンの分布を計算することにより、上記の疑問に解答を与えた。すなわち、AQP1ではヒドロニウムイオン(したがってプロトン)がチャネル内部から静電的に排除され、チャネルを透過することはできない。一方、GlpFではチャネル内部の概ね至るところにヒドロニウムイオンが存在することができる。しかしながら、この場合、水分子がチャネルのフィルター領域のアミノ酸と水素結合をすることにより、GROTTHUS機構が排除される。このことはプロトンの移動はゼロではないが非常に遅いという実験結果に符合している。[JACS(COMMUNICATION)130, 1540-1541(2008)に既報]

水通道（水通道）水族馆和质子排斥机制已阐明：水通道蛋白是一种重要的蛋白质，可通过传输水分子来调节细胞中水的浓度。为了阐明该通道的防水机制，有必要确定水分子在通道内的分布，但是在当前实验分辨率中，很难确定蛋白质的结构和水分子的分布。我们是第一个使用三维rism理论来确定有关水通道蛋白（AQPZ）的四个结构的水分子在通道内的分布，该结构具有确定的晶体结构。这四个是水分子传输时的结构，而其他三个是在不传播的时候。水的分布函数的分析表明，由通道组成的一个氨基酸残基（R189）的方向与通道的开放和闭合功能有关。 [Chem。质子有两种可能的机制。一个是在正常扩散过程中作为氢离子移动的过程，另一个是通过氢结合（Grotthus机制）由于隧道效应而移动的过程。我们通过计算基于三维RISM理论的两种类型的水通道蛋白（AQP1，G1PF）内的水和氢离子的分布来回答上述问题。也就是说，在AQP1中，从通道内部消除了氢离子（因此质子），并且无法传输通道。另一方面，在GLPF中，氢离子可以在通道内的任何地方都存在。但是，在这种情况下，通过在通道的滤波器区域中与氨基酸结合消除了毛thus机制。这与实验结果相匹配，即质子的运动不是零，而是非常缓慢。 [先前报告给JACS（通信）130，1540-1541（2008）]