タンパク質機能調節の分子機構の理論研究:構造のやわらかさとアロステリック効果

蛋白质功能调节分子机制的理论研究：结构灵活性和变构效应

• 批准号: 03J03132
• 负责人: 古賀 信康
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J03132/
• 关键词: アロステリック効果; F1-ATPase; 分子動力学シミュレーション; 折れたたみ; 折れたたみモデル

タンパク質の機能調節に重要なメカニズムのひとつである「アロステリック効果」の研究を行った。モデルタンパク質として、モータータンパク質であるF1-ATPaseを用いた。このタンパク質は、マルチサブユニットからなり、あるサブユニットのATP加水分解によって誘起される構造変化が、そのサブユニットに隣接するサブユニットに影響を与えることよって、1、隣接するサブユニットのATP加水分解能を協同的に変化させ、2、中心のサブユニットを回転させている。1、2にみられるアロステリック効果を、折れたたみモデルに基づいた粗視化モデルを構築しシミュレーションを行うことで、明らかにしようと試みた。F1-ATPaseは、中心に回転子であるγサブユニットが存在し、その周囲をα・βサブユニットがそれぞれ3つずつ取り囲むように構造を形成している。シミュレーションの結果、回転を生み出すアミノ酸群を特定し、ATP加水分解に伴うβサブユニットの開閉運動が、いかにして中心のサブユニットの回転運動を誘起しているのかを明らかにした。さらに、回転触媒機構として、3つのβサブユニットが順に、1.リン酸解離、2.ATP結合・ADP解離(2つの反応はカップルしている)、4.ATP加水分解、の順で反応が起こり、その結果2つのサブステップを生み出していることを明らかにした。つぎに、γサブユニットの構造の非対称性が、アロステリック効果に重要ではないかと考え、γサブユニットの構造に着目して、シミュレーションを行った。その結果、回転触媒機構において、ATP結合とADP解離反応がカップルするためには、γサブユニットの非対称構造が重要であることが分かった。上記の研究成果は、Proceedings of the National Academy of Sciences(2006) in pressにまとめた。

タ ン パ ク qualitative の functional regulation に important な メ カ ニ ズ ム の ひ と つ で あ る "ア ロ ス テ リ ッ ク unseen" を の research line っ た. モ デ ル タ ン パ ク qualitative と し て, モ ー タ ー タ ン パ ク qualitative で あ る F1 - ATPase を with い た. こ の タ ン パ ク は, マ ル チ サ ブ ユ ニ ッ ト か ら な り, あ る サ ブ ユ ニ ッ ト の ATP hydrolysis に よ っ て induced さ れ る structure - が, そ の サ ブ ユ ニ ッ ト に 隣 meet す る サ ブ ユ ニ ッ ト に influence を and え る こ と よ っ て, 1, 隣 す る サ ブ ユ ニ ッ ト の ATP hydrolysis to を synergy に variations change さ せ, 2, The mind サブユニットを replies 転させて 転させて る る. 1, 2, に み ら れ る ア ロ ス テ リ ッ ク unseen fruit を, folding れ た た み モ デ ル に base づ い た coarse visualization モ デ ル を build し シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line う こ と で, Ming ら か に し よ う と try み た. F1 - ATPase は, central planning に back child で あ る gamma サ ブ ユ ニ ッ ト が し, そ の weeks 囲 を alpha, beta, サ ブ ユ ニ ッ ト が そ れ ぞ れ 3 つ ず つ take り 囲 む よ う を に structure form し て い る. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の results, back to the planning を raw み out す ア ミ ノ acid group of specific し を, ATP hydrolysis に with う beta サ ブ ユ ニ ッ ト の が opening and closing movement, い か に し て center の サ ブ ユ ニ ッ ト の back planning movement を induced し て い る の か を Ming ら か に し た. さ ら に, back to the planning catalyst と し て, 3 つ の beta サ ブ ユ ニ ッ ト に が, 1. リ ン acid dissociation, (2) combined with ATP, ADP dissociation (2 つ の anti 応 は カ ッ プ ル し て い る), 4. ATP hydrolysis, の suitable で 応 が up こ り, そ の results 2 つ の サ ブ ス テ ッ プ を raw み out し て い る こ と を Ming ら か に し た. つ ぎ に, gamma サ ブ ユ ニ ッ ト の tectonic の non said seaborne が, ア ロ ス テ リ ッ ク unseen fruit に important で は な い か と え test, gamma サ ブ ユ ニ ッ ト の tectonic に on mesh し て, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ た. そ の results, back to the planning catalytic institutions に お い て, ATP binding と ADP dissociation against 応 が カ ッ プ ル す る た め に は, gamma サ ブ ユ ニ ッ ト の the said structure が important seaborne で あ る こ と が points か っ た. Above note: Research results, Proceedings of the National Academy of Sciences(2006) in pressにまとめた.

项目成果

Folding-based molecular simulations reveal mechanisms of the rotary motor F1-ATPase

• DOI: 10.1073/pnas.0509642103
• 发表时间: 2006-04-04
• 期刊: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
• 影响因子: 11.1
• 作者: Koga, N;Takada, S
• 通讯作者: Takada, S