生体分子機械における化学－力学変換の時空間制御メカニズムの理論的解明

生物分子机器化学机械转化时空控制机制的理论阐明

• 批准号: 14J01431
• 负责人: 田村 康一
• 金额: $ 1.09万
• 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: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01431/
• 关键词: 分子動力学シミュレーション; カルモジュリン; 膜タンパク質; ミトコンドリアタンパク質; トランスポーター; 分子モーター; 光受容タンパク質; ハイブリッド QM/MM 法; QM/MM; ADP/ATP透過担体; 分子動力学法

本年度は、前年度に開発した LRPF 法に関する追加計算を行い、成果をまとめた論文を出版した。また、前年度に LRPF 法によって導出した、基質が結合していない膜輸送体 ADP/ATP carrier (AAC) の内向き開状態の MD 計算を 1 マイクロ秒延長し、この状態のタンパク質の安定性を確認した。これによって AAC の交互アクセス機構が世界で初めて原子分解能で解明できた。さらに、前年度に LRPF 法によって導出した、基質が結合していない内向き開状態の AAC に対し、阻害剤であるボンクレキン酸 (BA) の結合シミュレーションを行った。具体的には、 AAC と脂質二重膜に対する BA の配向を 24 通り考慮し、各配向に対して 20 ナノ秒の MD 計算を行った。その結果、15 個のシミュレーションで BA が実際にタンパク質に結合した。さらに、これらのトラジェクトリを分類し、代表的な結合状態を持つものを 3 つ選び、各々 1 マイクロ秒まで延長した。これらの計算から、 BA は LRPF 法によって導出したタンパク質構造に安定に結合できることが示された。これらの結果から、 LRPF 法によって導出した AAC の内向き開構造が、実際の状態をある程度反映していることが示された。以上の結果を論文にまとめて投稿した。また、分子モーター F1-ATPase の加水分解反応に対して 前年度に引き続き QM/MM RWFE-SCF 法を適用し、 empty site に結合した無機リン酸が加水分解反応をアロステリックに制御する仕組みを明らかにしつつある。さらに、photoactive yellow protein (PYP) の活性部位の水素結合ネットワークが水分子によって再編成される仕組みを同方法によって原子分解能で解明し、論文にまとめて出版した。

今年，我们对前一年开发的 LRPF 方法进行了额外的计算，并发表了一篇总结结果的论文。此外，我们将前一年通过LRPF方法导出的无底物结合的膜转运蛋白ADP/ATP载体（AAC）向内开放状态的MD计算延长了1微秒，并计算了稳定性已确认该状态下的蛋白质。这使我们能够在世界上首次阐明原子分辨率下的 AAC 交替访问机制。此外，我们在前一年通过LRPF方法推导了抑制剂bongkrekic酸（BA）与AAC在向内开放状态下无底物结合的结合模拟。具体来说，我们考虑了 BA 相对于 AAC 和脂质双层的 24 个方向，并对每个方向进行了 20 ns 的 MD 计算。结果，在 15 次模拟中，BA 实际上与蛋白质结合。此外，我们对这些轨迹进行了分类，并选择了三个具有代表性的结合状态，每个结合状态都延长到1微秒。这些计算表明，BA 可以稳定地结合到 LRPF 方法衍生的蛋白质结构上。这些结果表明，LRPF方法导出的AAC的内向开放结构在一定程度上反映了实际状态。上述结果总结成论文并提交。此外，我们继续前年的基础，将QM/MM RWFE-SCF方法应用于分子马达F1-ATPase的水解反应，阐明了无机磷酸盐与空位结合变构控制水解反应的机制。它来了。此外，他们还用同样的方法在原子分辨率上阐明了光敏黄色蛋白（PYP）活性位点氢键网络被水分子重组的机制，并将结果发表在论文中。

项目成果

Role of bulk water environment in regulation of functional hydrogen-bond network in photoactive yellow protein

本体水环境在光活性黄色蛋白功能性氢键网络调节中的作用

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b07555
• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of Physical Chemistry B
• 影响因子: 3.3
• 作者: A. Satomura;K. Kuroda;M. Ueda;Koichi Tamura and Shigehiko Hayashi
• 通讯作者: Koichi Tamura and Shigehiko Hayashi