Theoretical study on the molecular mechanism of conformational transitions and catalysis in enzymes

酶构象转变与催化分子机制的理论研究

• 批准号: 22H02035
• 负责人: 森 俊文
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02035/
• 关键词: 構造ダイナミクス; 自由エネルギー; 酵素反応; 遷移状態; 分子シミュレーション

酵素は反応の活性化エネルギー障壁を下げることで反応を促進・制御するが、同時に酵素の構造は溶液内で大きく揺らぎ、またその揺らぎが機能発現に重要であることが近年の実験から明らかになってきた。そのため、これまで広く行われてきた酵素の立体構造解析や速度論的解析に加え、どのように構造揺らぎや状態遷移が起きているかを理解することが、酵素反応の分子機構の解明に不可欠である。本研究では、分子動力学シミュレーションを基盤とした理論的アプローチにより、生体分子の動的構造特性を理解する理論的枠組みを構築すると同時に、酵素反応が進行する過程における酵素の構造ダイナミクスを明らかにすることを目指している。本年度は、実験で観測され興味を持たれている生体分子の遅い運動を分子シミュレーションのトラジェクトリに隠されている遅い構造・状態遷移と結びつけるための解析手法を開発した。また、その手法をプロリン異性化酵素Pin1の基質結合状態およびアポ状態に対して適用することで、トラジェクトリの中に隠れている遅い運動を見出し、それらの運動が酵素内でどのようなネットワークを通して離れた部位へ影響しているかを明らかにした。また、このような生体分子の状態遷移過程を理解するには、適切な反応座標を設定することが重要であるが、そのような反応座標を機械学習のアプローチを用いて決定する方法の開発を進めている。本年度は、モデル分子としてアラニンジペプチドの気相中での異性化反応に対してDNN法を活用した反応座標最適化法の開発を共同研究として行った。他にも共同研究として、有機合成反応の分子機構の解明に取り組むことで多様な反応経路の理論解析を進めているほか、生体分子に基質が結合することで構造と運動がどのように変わるかを解析中である。

Enzyme は anti 応 の activeness エ ネ ル ギ ー barrier under を げ る こ と で anti 応 を, promote the system of imperial す る が は の structure, at the same time に enzyme solution in large で き く 揺 ら ぎ, ま た そ の 揺 ら ぎ が function 発 に now important で あ る こ と が recent の be 験 か ら Ming ら か に な っ て き た. そ の た め, こ れ ま で hiroo く line わ れ て き た enzyme の analytical や speed three-dimensional structure theory of analytic に え, ど の よ う に tectonic 揺 ら ぎ や state transition since が き て い る か を understand す る こ と が, enzyme 応 の molecular institutions の interpret に not owe で あ る. This study で は, molecular dynamics シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を base plate と し た theory ア プ ロ ー チ に よ り, living body molecular の dynamic structure characteristic of を understand す る theory group 枠 み を build す る と に at the same time, enzyme 応 が for す る process に お け の る enzyme structure ダ イ ナ ミ ク ス を Ming ら か に す る こ と を refers し て い る. は this year, be 験 で 観 measuring さ れ tumblers を hold た れ て い る raw body molecular の 遅 い movement を molecular シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の ト ラ ジ ェ ク ト リ に government さ れ て い る 遅 い structure, state transition と knot び つ け る た め の parsing technique を open 発 し た. ま た, そ の gimmick を プ ロ リ ン heterosexual phenoloxidase Pin1 の matrix combining state お よ び ア ポ state に し seaborne て applicable す る こ と で, ト ラ ジ ェ ク ト リ の in government に れ て い る 遅 い movement を see し, そ れ ら の movement が enzymes inside で ど の よ う な ネ ッ ト ワ ー ク を tong し て from れ た へ affected し て い る か を Ming ら か に し た. ま た, こ の よ う な raw body molecular の を state transition process understanding す る に は, appropriate な set against 応 coordinates を す る こ と が important で あ る が, そ の よ う な anti 応 coordinates を rote learning の ア プ ロ ー チ を with い て decided す る method の open 発 を into め て い る. This year は, モ デ ル molecular と し て ア ラ ニ ン ジ ペ プ チ ド の 気 phase で の subjects the 応 に し seaborne て method within DNN を use し た anti 応 coordinate optimization method の open 発 を joint research と し て line っ た. He に も joint research と し て, organic synthesis 応 の molecular institutions の interpret に group take り む こ と で many others な anti 応 の theory analytical を 経 road into め て い る ほ か, living body molecular が に matrix combining す る こ と で と movement が ど の よ う に - わ る か を parsing で あ る.

项目成果

Elucidating the Role of Dynamics During Enzyme Catalysis using Molecular Simulations

使用分子模拟阐明动力学在酶催化过程中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: Goryo Shion;Iwata Koichi;Toshifumi Mori
• 通讯作者: Toshifumi Mori

Photoinduced Divergent Deaminative Borylation and Hydrodeamination of Primary Aromatic Amines

伯芳香胺的光致发散脱氨硼化和加氢脱氨

• DOI: 10.1021/acs.orglett.2c01663
• 发表时间: 2022
• 期刊: Organic Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Shiozuka Akira;Sekine Kohei;Toki Takumi;Kawashima Kyohei;Mori Toshifumi;Kuninobu Yoichiro
• 通讯作者: Kuninobu Yoichiro

凝縮系反応の動的機構と反応座標の理論的解明

凝聚态反应动力学机理和反应坐标的理论阐明

• 发表时间: 2022
• 作者: Tasuku Nishizato;Kento Minamikawa;Haruki Hashimoto;Kazuaki Matsumoto;Masashi Arakawa;Takuya Horio;and Akira Terasaki;森俊文;橋本治暉，西里将，松本一陽，南川賢人，荒川雅，堀尾琢哉，寺嵜亨;森俊文
• 通讯作者: 森俊文

カセサート大学(タイ)

农业大学（泰国）

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