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Theoretical study on molecular mechanisms of biomolecular functions

生物分子功能的分子机制理论研究

基本信息

批准号：
22H02582
负责人：
林重彦
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kyoto 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 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

タンパク質分子は、酵素活性部位における高い触媒反応活性のみならず、タンパク質分子に特徴的な大域的分子ダイナミクスにより、複数の化学現象を相関させる共役性という顕著な分子機能を有している。本研究では、我々が独自に開発した化学現象とタンパク質ダイナミクスを高精度かつ統一的に記述することができるハイブリッド分子シミュレーション法である QM/MM RWFE-SCF 法を用いて、タンパク質分子機能に関する以下の理論的研究を行った。微生物型ロドプシンの光感受性イオン輸送機構：受動輸送をするアニオンチャネル GtACR1 及び能動輸送をするアニオンポンプ NpHR のプロトン状態が異なる複数の状態に対して、光活性化チャネル開構造のイオン配置とタンパク質構造のモデリングを行った。その結果、プロトン化状態の変化に伴う結合塩素イオンの大きな移動、及び新たな塩素イオンの結合を観測した。このようなチャネル内への複数のイオンの結合は、神経細胞のカリウムイオンチャネルなどにも見られており、高いイオン輸送効率に重要な役割を果たしていることを強く示唆している。光合成系II（PSII）の酸素分子生成及びプロトン排出機構：酸素分子生成サイクル（Kok サイクル）のマンガンクラスター 3 電子酸化状態（S3 状態）の構造モデリングを行った。その際、複数のプロトン化状態の構造モデリングを行うことにより、プロトン移動を伴う酸化状態変化の反応経路モデルを得た。また、分極補正項を計算する手法の開発を行った。SARS-CoV-2 Mpro の共有結合型阻害剤結合：Warhead 部位が異なる3 個の阻害剤分子候補に関して、共有結合形成前後の QM/MM 自由エネルギー構造最適化を行った。その結果、Warhead 部位の違いにより、阻害状態生成における共有結合エネルギーの寄与が大きく異なることを明らかにした。

The active sites of enzymes are highly active and the molecular functions of enzymes are highly functional. This study is aimed at developing the following theories concerning chemical phenomena and molecular functions with QM/MM RWFE-SCF method independently and uniformly describing them with high accuracy. Microbial-type photoreceptive transport mechanism: passive transport mechanism, active transport mechanism, passive transport mechanism, active transport mechanism, active transport mechanism, As a result, the change in the state of the switch is accompanied by the large movement of the switch element, and the change in the state of the switch element. The combination of multiple genes in the brain and the brain cells can be seen as an important effect of high transmission efficiency. Photosynthetic system II (PSII) acid molecule generation and release mechanism: acid molecule generation and release mechanism (S3 state) The structure of the multiple transition state is changed to the reverse transition state, and the transition state is changed. The development of the method for calculating the polarization correction term SARS-CoV-2Mpro mutual binding type inhibitor binding: Warhead site is different from each other, three inhibitor candidates are related, QM/MM free binding before and after formation of mutual binding structure optimization is carried out. The result is that the Warhead position is in violation of the law, and the damage state is generated.