Underlying mechanism of bio-nano-machine investigated by massive molecular dynamics method

通过大规模分子动力学方法研究生物纳米机器的基本机制

基本信息

批准号：
15300103
负责人：
KITAO Akio
金额：
$ 10.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

Bacterial flagellar filament is a macromolecular assembly consisting of single protein, flagellin. Bacterial swimming is controlled by the conformational transitions of this filament between left- and right-handed supercoils induced by the flagellar motor torque. We present that a massive molecular dynamics simulation was successful in constructing the atomic-level supercoil structures consistent to various experimental data and further in elucidating the detailed underlying molecular mechanisms of the polymorphic supercoiling. We have found that the following three types of interactions are keys to understanding the supercoiling mechanism. "Permanent" interactions are always maintained between subunits in the various supercoil structures. "Sliding" interactions are formed between variable hydrophilic or hydrophobic residue pairs, allowing intersubunit shear without large change in energy. The formation and breakage of "switch" interactions stabilize inter- and intrasubunit interactions, respectively. We conclude that polymorphic supercoiling is due to the energy frustration between them. The transition between supercoils is achieved by a "transform and relax" mechanism : the filament structure is geometrically transformed rapidly and then slowly relaxes to energetically meta-stable states by rearranging interactions.

细菌鞭毛细丝是由单蛋白鞭毛蛋白组成的大分子组件。细菌游泳受到鞭毛运动扭矩引起的左手和右型超高之间的构象转变的控制。我们表明，大规模的分子动力学模拟成功地构建了符合各种实验数据一致的原子级超级旋转结构，并进一步阐明了多态性超螺旋的详细基础分子机制。我们发现，以下三种相互作用是理解超串联机制的关键。在各种超级轿车结构中，亚基之间始终保持“永久性”相互作用。在可变的亲水性或疏水残基对之间形成了“滑动”相互作用，从而可以毫无变化的能量变化。 “开关”相互作用的形成和破裂分别稳定了亚氨间相互作用。我们得出的结论是，多态性超螺旋是由于它们之间的能量挫败感。超圈之间的过渡是通过“转化和放松”机制实现的：灯丝结构是几何变化的，然后通过重新排列相互作用而缓慢放松到势元稳定的状态。

项目成果

期刊论文数量（28）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

生体超分子のユニバーサルジョイント-in silicoで探る細菌べん毛フックのメカニズム

生物超分子万向节——计算机模拟探究细菌鞭毛钩机制

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
蛋白質核酸酵素 50(10)
影响因子：
0
作者：
北尾彰朗;Fadel A. Samatey;松波秀行;今田勝巳;難波啓一
通讯作者：
難波啓一

蛋白質の立体構造ダイナミクスと中性子散乱

蛋白质构象动力学和中子散射

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
日本中性子科学会誌「波紋」 14
影响因子：
0
作者：
T.Chatake;A.Ostermann;K.Kurihara;F.G.Parak;N.Mizuno;G.Voordouw;Y.Higuchi;I.Tanaka;N.Niimura;城地保昌
通讯作者：
城地保昌

Hydration-coupled protein boson peak measured by incoherent neutron scattering

通过非相干中子散射测量水合耦合蛋白玻色子峰

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Physica B 385-6
影响因子：
0
作者：
Hiroshi Nakagawa;Mikio Kataoka;Yasumasa Joti;Akio Kitao;Kaoru Shibata;Atsushi Tokuhisa;I. Tsukushi;Nobuhiro Go
通讯作者：
Nobuhiro Go

Amplitudes and directions of internal protein motions from a JAM analysis of 15N relaxation data