Mechanistic principle of protein functions: computational approach based on the free energy analyses

蛋白质功能的机理原理：基于自由能分析的计算方法

• 批准号: 23550035
• 负责人: ISHIDA Toyokazu
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23550035/
• 关键词: 酵素反応; オロチジン一リン酸脱炭酸酵素; QM/MM計算; 自由エネルギー計算; 遷移状態安定化; 基底状態不安定化; 相互作用エネルギー解析; 生体分子シミュレーション; オロチジンーリン酸脱炭酸酵素; アミノ酸変異; 理論化学; 電子状態計算; 分子動力学計算

Although the general catalytic principle, so-called the transition state stabilization (TST), was proposed over half a century ago, atomistic details of TST have not yet been clarified. Besides TST, other appealing hypotheses, such as the substrate distortion or ground state destabilization (GSD), are still actively debated issues in modern enzymology. One such example is orotidine monophosphate decarboxylase (ODCase), the enzyme that catalyzes the decarboxylation of orotidine monophosphate to uridine monophosphate. To answer the controversial issues, we performed systematic ab initio QM/MM modeling combined with all-electron QM calculation for the entire protein matrix. Our hybrid modeling analyses clearly showed that the reactive substrate has rather distorted geometry, and this distortion can contribute up to 4 kcal/mol energy reduction in the activation process. TST in this case is the key catalytic element, however, GSD can contribute to the catalytic mechanism in ODCase reaction.

尽管在半个多世纪前提出了所谓的过渡状态稳定（TST）的一般催化原理，但尚未阐明TST的原子细节。除TST外，其他有吸引力的假设，例如底物失真或基础状态不稳定（GSD），仍然是现代酶学中的积极争论的问题。这样的例子是甲磷酸酯脱羧酶（ODCase），该酶是催化甲磷酸甲磷酸二苯二磷酸化的酶为尿苷一磷酸的。为了回答有争议的问题，我们对整个蛋白质基质进行了系统的QM/MM建模以及全电子QM计算。我们的杂化建模分析清楚地表明，反应性底物的几何形状相当变形，并且在激活过程中，这种失真可导致4 kcal/mol的能量减少。在这种情况下，TST是关键的催化元素，但是，GSD可以有助于ODCASE反应中的催化机理。

项目成果

タンパク質機能の分子シミュレーション : 基質認識と酵素反応を例として

蛋白质功能的分子模拟：底物识别和酶促反应的示例

• 发表时间: 2011
• 作者: 吉井範行;岡村恵美子;石田豊和
• 通讯作者: 石田豊和

高分解能結晶構造と計算科学の融合によるノロウイルス糖鎖認識機構の解析

高分辨率晶体结构与计算科学相结合分析诺如病毒碳水化合物识别机制

• 发表时间: 2013
• 作者: 石田豊和;白土東子;成松久;久保田智巳
• 通讯作者: 久保田智巳

Computer simulation of protein function: molecular recognition and enzymatic catalysis

蛋白质功能的计算机模拟：分子识别和酶催化

• 发表时间: 2013
• 作者: Iwata;Suehiro;石田豊和
• 通讯作者: 石田豊和

若い世代の特別講演会：「タンパク質機能の分子シミュレーション：基質認識と酵素反応」

青少年专题讲座：《蛋白质功能的分子模拟：底物识别与酶促反应》

• 发表时间: 2012
• 作者: 野村浩二;近藤卓也;源明 誠;北野博巳;野口秀典;魚崎浩平;猿渡欣幸;石田豊和
• 通讯作者: 石田豊和

複合シミュレーションによる ODCase の反応機構解析

使用复杂模拟分析 ODCase 反应机理

• 发表时间: 2013
• 作者: 石田豊和;藤橋雅宏
• 通讯作者: 藤橋雅宏