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酵素反応の動的機構を高速にシミュレーションする手法開発とプロトン転移反応への応用

快速模拟酶反应动力学机制的方法开发及其在质子转移反应中的应用

基本信息

批准号：
20J13772
负责人：
山田真行
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までに開発したFMO-QM/MM-Flooding MDの酵素反応への適用として、催涙因子合成酵素LFS (Lachrymatory Factor Syntase) によって触媒される PSA→PTSO 反応へ本手法を適用した。この酵素反応はPSAのOH基のH原子が隣接するGLU88のO原子を経由し、PSAのC2原子と結合することでPTSOとなる。この反応のQM領域は60原子以上となるため、本手法がターゲットとする反応の一つである。PSAがポケット内でsyn,antiそれぞれのコンフォメーションを取っている場合について本手法を適用し、floodingポテンシャルをかけたところ、synのみで反応が進む様子が見られた。これは反応の前半部分となるPSAからGLU88へのプロトン移動に対応し、先行研究の結果と一致していた。一方、antiから開始するとsynへと構造変化する様子が見られた。反応開始にはポケット内でanti→synの遷移が必要なため、これは反応の前段階の構造変化に対しても本手法が有効であることを示している。synから開始して得られた構造に対する新たなfloodingポテンシャルを追加したところ、反応後半に対応するGLU88からPTSOへのプロトン移動が見られた。これにより、反応座標の事前知識なしに反応を再現できることを確認できた。また得られた反応経路に沿ったエネルギー解析を行ったところ、先行研究で報告されているエネルギー障壁と近い値が得られた。さらに計算コストを従来のQM法と、HFおよびB3LYPで比較した。レベルの低い基底関数ではオーバーヘッドの関係で従来のQM法の方がコストが低かったが、6-31G(d)以上では本手法がQM法のコストを下回った。そのため本研究で対象としたサイズ以上の計算量を要求する酵素反応においては、本手法が計算コストの面で有用であると言える。

The application of FMO-QM/MM-Flooding MD enzyme reaction was developed in the past year, and the application of PSA→PTSO enzyme in LFS (Lachrymatory Factor Syntase) was developed. The enzyme reacts with the H atom of the OH group of PSA, and the O atom of GLU88 binds with the C2 atom of PSA. The QM field is more than 60 atoms, and this method is more than 60 atoms. PSA is used in the case of flooding and anti-flooding, and the method is applied to the case of flooding and anti-flooding. The first half of the study was consistent with the results of the previous study. A square, anti, start, syn, structure, change, sub, see. The transition from anti-anti-syn to anti-anti-anti- The first part of the article is about the new flooding situation. A priori knowledge of the coordinates of the object and the object is reproduced. The first step is to analyze and evaluate the results of the study. The QM method, HF method and B3LYP method are used to compare the calculation results. The relationship between the low base and the low base is the relationship between the low base and the low base. The QM method has a low base and a low base. The QM method has a low base. The QM method has a low base and a low base. This method is useful for calculating the amount of enzyme required for the above research.