受容体タンパク質の活性化に対する振動エネルギー移動の理論的研究

受体蛋白激活振动能量传递的理论研究

基本信息

批准号：
02J00230
负责人：
久保稔
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University (2003)Hokkaido University (2002)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

1.受容体内振動エネルギー移動の分子動力学シミュレーショングルタミン酸受容体はリガンド誘導型イオンチャネルであり,脳の神経伝達に関与している.リガンドの結合は受容体リガンド結合部位のArg485側鎖を振動励起することが,昨年度の研究から明らかにされている.次のステップとして,Arg485の振動励起に対してsensitiveに応答する部位を分子動力学計算によって明らかにした.Arg485の振動励起エネルギーの約40%が,0.5ピコ秒以内にLys730に移動した後,主鎖に沿ってJヘリックスへと移動して,数ピコ秒でJヘリックスにサブÅの原子変位を与えた.Jヘリックスはサブユニット間の会合部位に位置している.膜貫通部位の構造が解明されていないため,その後のダイナミクスを調べることは不可能であったが,アセチルコリン受容体(神経伝達に関わる他のリガンド誘導型イオンチャネル)ではサブユニットの回転がチャネルを活性化していることが最近明らかにされた.グルタミン酸受容体でもサブユニット間に与える摂動がサブユニット間の運動のトリガーとなって,チャネルの活性に関与している可能性がある.2.モデル化合物を用いた反応と振動のカップリングの実験的検証タンパク質の振動ダイナミクスが反応や機能に関与していることを実験的に調べるために,よりシンプルな光合成モデル化合物ポルフィリン-フェロセン結合系の光電子移動を時間分解蛍光up-conversion測定およびpump-probe過渡吸収測定によって調べた.ポルフィリン-フェロセン結合系をS_2状態へ励起すると,50フェムト秒でS_1状態へ緩和した後,110フェムト秒でフェロセンからポルフィリンへ電子移動が起こることが明らかにされた.生体分子に匹敵するこの超高速電子移動は溶媒の極性に依存しなかった.pump-probe信号にはコヒーレントな振動ダイナミクスが振動成分として観測され,その振動の位相は電子移動に伴ってシフトすることもつきとめた.モデル化合物においては分子振動が反応とカップルしていることが明らかにされた.

1.受体内振动能量转移的分子动力学模拟谷氨酸受体是配体诱导的离子通道，其参与大脑中配体结合振动激发受体配体结合位点的Arg485侧链的作用。下一步，我们通过分子动力学计算阐明了Arg485对振动激发敏感的部分。Arg485的振动激发能量大约40%在0.5皮秒内。移动到Lys730后，它沿着主链移动到J螺旋，在几皮秒内给予J螺旋一个亚Å原子位移。J螺旋位于亚基之间的缔合位点。跨膜位点尚未阐明，后续发展虽然还无法研究乙酰胆碱受体（参与神经传递的另一种配体诱导离子通道）的动力学，但最近表明亚基旋转可以激活该通道。体内的谷氨酸受体亚基亚基之间的扰动可能会触发亚基之间的运动并参与通道活动 2. 使用模型化合物进行反应-振动耦合的实验验证蛋白质振动为了通过实验研究反应和功能中动力学的参与，我们研究了光电子转移。更简单的光合作用模型化合物，卟啉-二茂铁键合系统，通过时间分辨荧光上转换测量和泵浦探针瞬态吸收测量。结果表明，当组合系统被激发到S_2态时，在50飞秒内弛豫到S_1态，然后在110飞秒内发生从二茂铁到卟啉的电子转移。这种超快的电子转移，可与生物分子的电子转移相媲美。它不依赖于溶剂的极性。观察到相干振动动力学作为泵浦-探测信号中的振动分量，并且还发现振动的相位随着电子转移而变化。很明显，分子振动与模型化合物中的反应耦合。