分子モーターの動作機構のマルチスケールな解析 : 全原子・粗視化シミュレーション

分子马达运行机制的多尺度分析：全原子粗粒度模拟

基本信息

批准号：
09J07737
负责人：
岡崎圭一
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Waseda 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 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

分子モーターの階層的なダイナミクスを全原子・粗視化シミュレーションを駆使して解析して、その動作機構を明らかにするという研究目的の中で、最終年度である本年度は、アクトミオシンの弱結合状態の粗視化シミュレーションのまとめと強結合状態の全原子シミュレーション、F_1-ATPaseの回転メカニズムに関する全原子シミュレーションを行った。まず、アクトミオシンに関しては、デバイ-ヒュッケル型静電相互作用を用いた粗視化モデルで、弱結合状態のシミュレーションを行って、解離定数の塩濃度/温度依存性や弱結合状態の複合体構造を調べた結果を論文にまとめて投稿した。また、強結合状態に関しては、アクチン3量体+ミオシンの系で、溶媒を陰に考慮したモデルで全原子シミュレーションを引き続き行った。次に、F_1-ATPaseに関しては、ATP加水分解後のリン酸解離と共役した回転子γサブユニットの40度回転のステップに注目をして、γサブユニットの回転が引き起こすαβサブユニットの構造変化と、リン酸解離の回転角依存性のメカニズムを全原子シミュレーションにより解析した。具体的には、γサブユニットに拘束をかけて回転させてやり、各回転角度で緩和シミュレーションを行って、γサブユニットの回転が引き起こすαβサブユニットの構造変化を観察した。その結果、αβ界面の構造変化を見いだした。また、リン酸解離の回転角依存性を定量的に調べるため、熱力学積分法を用いた結合自由エネルギー計算を行った。この研究は、アメリカ国立衛生研究所のHummer博士のもとに約10ヶ月間研究留学して、ディスカッションを重ねた結果、可能になった。

通过研究旨在使用全原子和粗粒度的模拟来分析分子电机的分层动力学，以阐明其工作机制，今年，我们进行了最后一年的摘要，汇总了对肌动蛋白的弱粘结状态的粗粒模拟，即强键状态和强度型的状态和全元素的整个型号的总元素模拟。首先，关于肌动蛋白，我们使用Debye-Hucker型静电相互作用使用粗粒度模型对弱结合的状态进行了模拟，并研究了分解常数的盐浓度/温度依赖性和弱结合状态的复杂结构的盐浓度/温度依赖性。此外，关于强结合状态，使用模型继续考虑使用肌动蛋白三聚体 +肌球蛋白系统在强界面状态下的溶剂。 Next, regarding F_1-ATPase, we focused on the 40-degree rotation step of the rotor γ subunit conjugated with phosphate dissociation after ATP hydrolysis, and analyzed the structural changes of the αβ subunit caused by the rotation of the γ subunit and the rotation angle-dependent mechanism of phosphate dissociation by whole-atomic simulation.具体而言，将γ亚基受到限制和旋转，并在每个旋转角度进行弛豫模拟，以观察由γ亚基旋转引起的αβ亚基的结构变化。结果，发现了αβ界面处的结构变化。此外，为了定量研究磷酸盐解离对旋转角的依赖性，使用热力学积分方法进行了结合自由能计算。这项研究在国立卫生研究院的悍马（Hummer）博士的海外学习大约10个月并进行了讨论后，这项研究变得有可能。