分子シミュレーションによる生体超分子複合体の構造機能相関の理論的研究

利用分子模拟理论研究生物超分子复合物的结构-功能关系

基本信息

批准号：
20051013
负责人：
鷹野優
金额：
$ 4.35万
依托单位：
Osaka University
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

生体超分子複合体の構造-機能相関を理論的に明らかにするために分子シミュレーションを実行し、生体超分子複合体の機能発現機構の解明を目指し、分子軌道法や分子動力学法を用いて(i)チトクロムc酸化酵素のプロトン輸送機構、(ii)モノアミン酸化酵素Aの基質の取り込み機構を調べた。シトクロムc酸化酵素は酸素の還元と共役してプロトン輸送を行う。近年、高分解能X線結晶構造解析から示唆されている新しいプロトン輸送経路(H経路)で、プロトン輸送を制御していると考えられるヘムaの酸化還元における電子構造変化を密度汎関数法により調べたところ、ヘム鉄の酸化還元がヘムの周辺部位、特にformyl基やプロピオン酸基の電荷に影響を与えていることが明らかとなった。formyl基はH経路を形成するArg38と水素結合をしていることから、その酸化還元変化がArg38のプロトン親和性を介してプロトン輸送制御に関わっていると考え、ヘムaの電子構造変化(酸化型と還元型ヘムaの構造の違い、酸化還元反応、プロピオン酸基のプロトン状態の変化)がArg38のプロトン親和性にいかなる影響を与えるのかを調べた結果、酸化状態、プロピオン酸のプロトン化状態でArg38のプロトン親和性を大きく減少させることがわかった。また、モノアミン酸化酵素Aの基質取り込み機構を明らかにするため、脂質膜をあらわに取り扱った系とヘッド部分だけの系の双方に対して25nsの分子動力学シミュレーションを複数回行った。シミュレーションの結果を主成分解析したところ、膜分子の系では低振動数のモードに基質の取り込みに関わるドメイン運動を確認することができ、基質の入る経路および反応生成物の出る経路を同定した。一方ヘッド部分だけの系ではそのようなドメイン運動が見られず、基質の取り込みには酵素と脂質膜との相互作用が重要であることを明らかにした。

我们进行了分子模拟，从理论上阐明了生物超分子复合物的结构与功能关系，并利用分子轨道和分子动力学方法阐明了生物超分子复合物的功能表达机制，我们研究了（i）细胞色素c氧化酶的质子转运机制和（ii）。）单胺氧化酶A的底物摄取机制。细胞色素 c 氧化酶执行质子传输和氧还原。我们使用密度泛函理论来研究血红素-a 氧化还原过程中的电子结构变化，这被认为控制着新质子传输途径（H 途径）中的质子传输，这一点已由高分辨率 X 射线晶体结构分析表明近年来，人们发现血红素铁的氧化还原影响了血红素周围部分的电荷，特别是甲酰基和丙酸基。由于甲酰基与Arg38具有氢键，形成H途径，因此我们认为其氧化还原变化通过Arg38的质子亲和力参与控制质子传输，从而导致血红素a和还原血红素a的结构差异。 ,通过研究氧化还原反应（丙酸基团的质子状态的变化）对Arg38的质子亲和力的影响，我们发现Arg38的质子亲和力根据Arg38的氧化态和质子化态而显着降低。我理解丙酸基团。此外，为了阐明单胺氧化酶A的底物摄取机制，我们对明确处理脂质膜的系统和仅处理头部的系统进行了多次25 ns分子动力学模拟。模拟结果的主成分分析揭示了膜分子系统中与低频模式下的底物摄取相关的域运动，并确定了底物进入和反应产物排出的路线。另一方面，在仅头部的系统中没有观察到这样的结构域移动，这表明酶和脂质膜之间的相互作用对于底物吸收很重要。