量子動力学シミュレーションによる神経伝達物質とレセプターとの相互作用の解明

使用量子动力学模拟阐明神经递质和受体之间的相互作用

• 批准号: 01J10918
• 负责人: 五十嵐 学
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J10918/
• 关键词: 反応ダイナミックス; 分子軌道計算; トラジェクトリー計算; 生体内分子; 神経伝達物質; アセチルコリン; アセチルコリンエステラーゼ; ドーパミン

本研究ではほ、ポテンシャルエネルギーを解析関数にフィッティングする事無しに、各時間ステップで全エネルギーおよび全原子核のエネルギー勾配を計算しながら、反応軌跡を時間発展させていく方法(ダイレクト・アブイニシオ・ダイナミックス法)を開発および、それを生体内反応へ応用することを目的とし、以下の研究を報告した。●水和されたペプチド鎖のイオン化ダイナミックスモデルペプチド分子(trans-formanilide;FA)-水クラスターのイオン化過程のダイナミックスを理論的に研究した。中性FA(H_2O)には3つのコンプレックス(NH site, CO site,bridge site)が存在した。NH siteは、-NH-CO-ペプチド結合のHにH_2OのOが配向した構造で、H_2Oはプロトンアクセプターとして作用していた。CO site、bridge siteはともに、ペプチド結合のOにH_2OのHが配向した構造で、特にbridge siteはH_2Oが芳香環との橋渡しをしているような構造であった。本研究では、これら三つの中性FA(H_2O)の最適化構造から垂直イオン化し、その後のトラジェクトリーを比較、議論した。これらの結果から、反応のモデルを構築した。●アセチルコリンエステラーゼの酵素触媒メカニズム神経伝達物質アセチルコリンが、その分解酵素アセチルコリンエステラーゼによって加水分解する反応のメカニズムについて理論的に研究し、酵素触媒メカニズム、特に反応障壁のエネルギーとオキシアニオンホールの役割について明らかにした。この加水分解反応ではオキシアニオンホールの存在が、反応経路のエネルギーが安定化し、反応の進行を助けていることが明らかになった。

在这项研究中，我们引入了一种方法（直接从头算动力学），其中反应轨迹随时间演变，同时计算每个时间步长的所有核的总能量和能量梯度，而不将势能拟合到解析函数如下。报道研究的目的是开发一种新方法（方法）并将其应用于体内反应。 ●水合肽链的电离动力学模型 我们从理论上研究了肽分子（反式甲酰苯胺；FA）-水簇的电离过程的动力学。中性FA(H_2O)中存在3个配合物(NH位点、CO位点、桥位点)。 NH位点具有H_2O的O朝向-NH-CO-肽键的H的结构，H_2O充当质子受体。 CO位点和桥位点均具有H_2O的H朝向肽键的O的结构，特别是桥位点具有H_2O在芳香环之间起桥作用的结构。在本研究中，我们从这三种中性FA（H_2O）的优化结构中进行垂直电离，并比较和讨论了它们随后的轨迹。根据这些结果，构建了反应模型。 ●乙酰胆碱酯酶的酶催化机理 我们从理论上研究了神经递质乙酰胆碱被其降解酶乙酰胆碱酯酶水解的反应机理，阐明了酶的催化机理，特别是反应势垒的能量和氧阴离子空穴的作用。 。研究表明，该水解反应中氧阴离子空穴的存在稳定了反应途径的能量并有助于反应的进行。

项目成果

Tachikawa, H.: "Direct ab-initio Trajectory Study on a microsolvated S_N2 reaction F^-(H_2O)+CH_3Cl at hyperthermal collision energy"Chem.Phys.Lett. 363. 355-361 (2002)

Tachikawa, H.：“超热碰撞能量下微溶剂化 S_N2 反应 F^-(H_2O) CH_3Cl 的直接从头开始轨迹研究”Chem.Phys.Lett。

Igarashi, M.: "Energetics of Catalytic Reaction of Acetylcholinesterase(AChE) with Acetylcholine(Ach) : Role of Oxyanion Hole"Internet Elecron.J.Mos.Des.. 2. 712-722 (2003)

Igarashi, M.：“乙酰胆碱酯酶 (AChE) 与乙酰胆碱 (Ach) 的催化反应的能量：氧离子孔的作用”Internet Elecron.J.Mos.Des.. 2. 712-722 (2003)

Tachikawa, H.: "Ionization Dynamics of trans-Formanilide-H_2O Complexes : A Direct ab initio Dynamics Study"J.Phys.Chem.A. 107. 7505-7513 (2003)

Tachikawa, H.：“反式甲酰苯胺-H_2O 复合物的电离动力学：直接从头算动力学研究”J.Phys.Chem.A。

Igarashi, M.: "A direct ab initio molecular dynamics study of the finite temperature effects on the hyperfine coupling constant of methyl radical-water complexes"J.Mol.Stract.(THEOCHEM). 594. 61-69 (2002)

Igarashi, M.：“有限温度对甲基自由基-水复合物超精细耦合常数影响的直接从头分子动力学研究”J.Mol.Stract.(THEOCHEM)。

Tachikawa, H.: "A direct ab-initio trajectory study on the gas phase S_N2 reaction OH^-+CH_3Cl→CH_3OH+Cl^-"J.Phys.Chem.A. 106. 10977-10984 (2002)

Tachikawa, H.：“气相 S_N2 反应 OH^-+CH_3Cl→CH_3OH+Cl^- 的直接从头算轨迹研究” J.Phys.Chem.A. 106. 10977-10984 (2002)