タンパクゆらぎを取り込んだ電子状態理論の開発と生体内反応の微視的理解への応用

结合蛋白质波动的电子态理论的发展及其在生物反应微观理解中的应用

基本信息

批准号：
09J04886
负责人：
中谷直輝
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題の目的は、遷移金属酵素が担う生体内反応の反応機構やタンパクの役割について、タンパクゆらぎの効果を含めて議論することである。本年度は、鉄(III)カテコール錯体のLMCT吸収スペクトルと電子状態、反応性との関係性、生体内で可逆的な水素活性化反応を触媒する単核鉄ヒドロゲナーゼの水素活性化機構について検討を行った。まず、鉄(III)カテコール錯体のLMCT吸収スペクトルについて高精度電子状態理論に基づいた検討を行い実験スペクトルの帰属を行うとともに、その励起エネルギーと基底状態の電子状態、さらに酸素分子との反応性との間に密接な関係があることを明らかにした。また、タンパクや溶媒などの環境の効果によって電子状態が大きく変化することを示し、鉄(III)カテコール錯体の酸素活性化反応を議論する上で高精度電了状態理論による検討と周囲環境の効果を取り込むことが必要不可欠であることを示した。次に、単核鉄ヒドロゲナーゼの水素活性化機構について検討を行った。活性中心モデルを用いて計算した反応の活性化エネルギーは実験値を大きく過大評価したが、分子動力学シミュレーションを用いて実験で観測されていない活性なタンパク複合体構造を予測し、ONIOM(QM/MM)法を用いてタンパク環境の効果を取り込んだ結果、反応の活性化エネルギーは減少することが示された。このことから、タンパクのゆらぎや環境の効果が反応に重要な寄与を与えていることが明らかとなった。以上のように、本年度は遷移金属酵素の活性中心の電子状態やその反応について高精度電子状態理論を用いた検討を行い、電子状態とタンパク環境の効果について議論を行った。

该研究主题的目的是讨论过渡金属酶在体内反应中的反应机制和作用，包括蛋白质波动的影响。今年，我们研究了铁（III）儿茶酚复合物的LMCT吸收光谱，它们与电子状态的关系，反应性以及单核铁氢酶的氢活化机制，从而催化了体内可逆氢活化反应。首先，我们研究了基于高精度电子状态理论和分配的实验光谱的铁（III）儿茶酚复合物的LMCT吸收光谱，并揭示了其激发能之间存在密切的关系，其基础状态的电子状态与氧分子的反应性之间存在密切的关系。此外，它表明，由于蛋白质和溶剂（例如蛋白质和溶剂）的影响，电子状态发生了巨大变化，并且必须考虑高精度电态的理论，并结合了周围环境的影响，以讨论铁（III）Catechol复合物的氧气激活反应。接下来，研究了单核铁氢酶的氢气激活机制。使用活性中心模型计算的反应的激活能显着高估了实验值，但是分子动力学模拟被用来预测实验中未观察到的活性蛋白质复合结构，并使用ONIOM（QM/MM）方法取得了蛋白质环境的效果，表明反应的激活能量减少了反应的激活能。这表明蛋白质的波动和环境影响为反应做出了重要贡献。如上所述，今年，我们使用高精度电子状态理论研究了过渡金属酶的活动状态和反应，并讨论了电子状态和蛋白质环境的影响。