チトクロム酸化酵素における電子・プロトン移動の微視的理論

细胞色素氧化酶中电子和质子转移的微观理论

• 批准号: 11116204
• 负责人: 安藤 耕司
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11116204/
• 关键词: チトクロム酸化酵素; 分子シミュレーション; 電子移動反応; プロトン移動反応

1.チトクロム酸化酵素における第一の電子受容体であるCuA部位について、電子構造と力場を非経験的分子軌道法により解析した。主目的は、分子動力学シミュレーションを行うためのポテンシャル関数を構築することにある。関連して、この部位が特異な複核銅錯体を形成していることの機能的な意味について考察を試みた。CuA部位のアミノ酸配位子については、側鎖部分を切出し水素で終端したモデル分子で近似した。座標は月原らのX線構造解析データに水素原子を付加した。この際に、非経験的分子軌道法で最適化したアミノ酸側鎖モデルの構造を参照した。銅原子にはStevensらの有効内殻ポテンシャルと基底関数、他原子には4-31G基底を用いた。イオン化ポテンシャルの計算にはRHFとROHF法を、構造最適化にはRHF、UHF、CASSCF法を用いた。比較のために、類似のアミノ酸配位子を持ち、かつ銅中心が単核であるような一連のタンパク質(アズリンなど)についても同様の計算を行った。2.水中の酸電離プロトン移動の分子的機構について、塩酸とフッ化水素酸を比較しながら議論した。これらは良く知られたハロゲン酸だが、酸の強さの差異の原因、プロトン移動の量子的断熱性、多重プロトン移動機構など未解決の問題が多く残っている。ここで得られた知見と方法論は、膜タンパクにおけるプロトンポンプの経路や機構の議論に密接に関連する。3.タンパク質シミュレーションにおける従来の標準的相互作用ポテンシャルモデルは、アミノ酸側鎖の電子分極効果を無視しているという点で不十分である。この効果を取り入れるために、「電子陰性度平衡化法」が有望視されているが、動力学計算に応用した場合に電荷およびエネルギーの発散がしばしば起こるという問題がある。これについて根本的な解決となり得る新手法を開発し、水溶媒中の電子移動反応系へ応用した。

1。通过非经验分子轨道方法分析了电子结构和力场，CuA位点是细胞色素氧化酶中的主要电子受体。主要目的是构建用于执行分子动力学模拟的潜在函数。在相关的情况下，我们试图考虑该站点的功能含义，形成独特的双核铜络合物。通过模型分子近似CUA位点的氨基酸配体，其中切除侧链部分并用氢终止。坐标是Tsukihara等人的X射线结构分析数据中添加的氢原子。在这种情况下，我们指的是通过无经验的分子轨道方法优化的氨基酸侧链模型的结构。 Stevens等人的有效核心壳电位和基础功能。用于铜原子，并将4-31G基础用于其他原子。 RHF和ROHF方法用于计算电离电位，RHF，UHF和CASSCF方法用于优化结构。为了进行比较，对具有相似氨基酸配体并具有单核铜中心的一系列蛋白质（例如硫蛋白）进行了类似的计算。 2。在比较盐酸和氢氟酸的同时，讨论了水中酸离子化质子转移的分子机制。这些是众所周知的卤代，但仍然存在许多未解决的问题，例如酸强度差异，质子转移的量子热绝缘和多种质子转移机制的原因。此处获得的发现和方法与膜蛋白中质子泵的途径和机制的讨论密切相关。 3。蛋白质模拟中常规的标准相互作用电位模型不足，因为它忽略了氨基酸侧链的电子极化效应。为了结合这种效果，“电子阴性平衡方法”被认为是有希望的，但是当应用于动态计算时，电荷和能量差异通常会发生。一种可能是对此基本解决方案的新方法已开发并应用于水溶液中的电子传递反应系统。

项目成果

K.Ando: "Acid-base proton transfer and ion pair formation in soulution"Advances in Chemical Physics. 110. 381-430 (1999)

K.Ando：“溶液中酸碱质子转移和离子对形成”化学物理进展。

K.Ando: "Molecular mechanism of HF acid ionization in water"Journal of Physical Chmistry. 103・49. 10398-10408 (1999)

K.Ando：“水中HF酸电离的分子机制”物理化学杂志103・49（1999）。

R.Rey: "X-ray and molecular dynamics study of liquid structure in pure(CH_3)_<4-n>CCl_n"Journal of Chemical Physics. (2000)

R.Rey：“纯(CH_3)_<4-n>CCl_n中液体结构的X射线和分子动力学研究”化学物理杂志。