Computational studies on non-enzymatic stereoinversion mechanisms of amino acid residues in proteins

令和二年度は、Asp残基の両末端をアセチル (Ac) 基およびメチルアミノ (Nme) 基でそれぞれキャップした分子 (Ac-Asp-Nme) を用い、立体反転中間体であるスクシンイミド (Suc) 中間体が形成されるまでの反応機構を量子化学計算によって解析した。計算の結果、水2分子が触媒として作用することによって実験データを再現する活性化エネルギーで進行することが示された。反応計算は真空中と水中における場合の両方を行った。両者の活性化エネルギーに大きな差は見られなかったが、反応様式においてはいくつか異なる点が見出された。また、Asp残基のC末端側にグリシン (Gly) 残基とアラニン (Ala) 残基を追加したジペプチドにおけるSuc形成機構についても解析を行った。前者の場合、活性化エネルギーはAc-Asp-Nmeを用いた場合と同等であったが、後者の場合、活性化エネルギーはAc-Asp-Nmeを用いた場合よりかなり高い値となった。後者の活性化エネルギーについては実験値と乖離しているため、今後追加検討を行い、実験データを再現する反応経路の特定を行う予定である。さらに、L-isoAsp, D-Asp含有ペプチドを基質として認識する酵素PIMT の基質認識機構の解析を試みた。L-isoAsp, D-Asp含有ペプチドをPIMTに対してドッキングし、得られた構造に対して分子動力学シミュレーションを行うことによって複合体の溶液構造を取得した。計算の結果、実験データを定性的に再現する結果を得ることができ、水素結合および疎水性接触の多寡がPIMTの基質認識や親和性に寄与することが示唆された。さらに、PIMTの基質とならないことが知られているL-Asp残基およびD-isoAsp残基についても同様の解析を行った結果、これらのペプチドとPIMTの間の水素結合および疎水性接触は基質ペプチドとPIMTの間水素結合および疎水性接触と比較して少なく、これらがL-Asp残基およびD-isoAsp残基がPIMTの基質とならない理由であると推定された。

令和二年度は、Asp残基の両末端をアセチル (Ac) 基およびメチルアミノ (Nme) 基でそれぞれキャップした分子 (Ac-Asp-Nme) を用い、立体反転中間体であるスクシンイミド (Suc) 中間体が形成されるまでの反応機構を量子化学計算によって解析した。計算の結果、水2分子が触媒として作用することによって実験データを再現する活性化エネルギーで進行することが示された。反応計算は真空中と水中における場合の両方を行った。両者の活性化エネルギーに大きな差は見られなかったが、反応様式においてはいくつか異なる点が見出された。また、Asp残基のC末端側にグリシン (Gly) 残基とアラニン (Ala) 残基を追加したジペプチドにおけるSuc形成機構についても解析を行った。前者の場合、活性化エネルギーはAc-Asp-Nmeを用いた場合と同等であったが、後者の場合、活性化エネルギーはAc-Asp-Nmeを用いた場合よりかなり高い値となった。後者の活性化エネルギーについては実験値と乖離しているため、今後追加検討を行い、実験データを再現する反応経路の特定を行う予定である。さらに、L-isoAsp, D-Asp含有ペプチドを基質として認識する酵素PIMT の基質認識機構の解析を試みた。L-isoAsp, D-Asp含有ペプチドをPIMTに対してドッキングし、得られた構造に対して分子動力学シミュレーションを行うことによって複合体の溶液構造を取得した。計算の結果、実験データを定性的に再現する結果を得ることができ、水素結合および疎水性接触の多寡がPIMTの基質認識や親和性に寄与することが示唆された。さらに、PIMTの基質とならないことが知られているL-Asp残基およびD-isoAsp残基についても同様の解析を行った結果、これらのペプチドとPIMTの間の水素結合および疎水性接触は基質ペプチドとPIMTの間水素結合および疎水性接触と比較して少なく、これらがL-Asp残基およびD-isoAsp残基がPIMTの基質とならない理由であると推定された。