分子動力学計算を用いて解明するＦ１－ＡＴＰａｓｅ回転のしくみ

使用分子动力学计算阐明 F1-ATPase 旋转机制

• 批准号: 12J07915
• 负责人: 伊藤 祐子
• 金额: $ 2.32万
• 依托单位: Yokohama City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J07915/
• 关键词: 回転型分子モーター; 分子動力学計算; F1-ATPase; 分子モーター; 分子動力学計算(MD); 自由エネルギー; シミュレーション; 自由エネルギー計算

F1-ATPaseは、ATP(生体内のエネルギー分子)の合成・分解を担っている。この酵素は、軸回転という構造変化を通して、その機能発現に至る。申請者は、この回転型分子モーターについて、その動作機構の解明に取り組んできた。一連のF1-ATPaseの回転は、基質であるATPのイベント(ATP結合、生成物解離)によって引き起こされる。F1-ATPaseの軸回転の全貌を知るには、これらの過程を個別に解明する必要がある。研究手法としては、蛋白質の構造変化を原子レベルで追跡でき、その構造変化を自由エネルギーという変化量で定量的に測れる分子動力学計算を用いた。これまでの申請者の研究により、両方の（ATP結合、生成物解離によって引き起こされる）回転ステップのメカニズムが明らかになった。どちらの構造変化においても、構造変化が自発的におこる発熱的な自由エネルギー地形であった。さらに両ステップとも、ATPaseファミリーに普遍的に存在するWaklerモチーフというアミノ酸のグループが、全体の大きな構造変化を引き起こすトリガーの役割を果たしていることも分かった。このATPaseに共通のアミノ酸モチーフが構造変化に重要な役割を果たしているという結果は、他のATPaseファミリーにおいても、同様な構造変化のメカニズムを持つことを示唆する。また、このシミュレーションの過程では、既存の実験結果とも整合する精度で、未だ構造が明らかになっていないstateについても予測できた。以上の結果は、多くの学術論文や、総説、学会などの機会で発表させて頂いた。

F1-ATPase is responsible for the synthesis and decomposition of ATP (a molecule in vivo).このEnzyme は, axial return 転 と い う structural change を 通 し て, そ の function 発 appear に る. The applicant is a member of the molecule of the type モーターについて, and the action mechanism of the molecule is explained by the group んできた. Continuous F1-ATPase の回転は, matrix であるATP のイベント(ATP binding, dissociation of product) によって inducing きこされる. F1-ATPase's axis returns to the overall picture, and it is necessary to understand the process individually. Research method: protein structure change, atomic structure change, trace tracing, protein structure change It is used for molecular dynamics calculations and measurement of quantitative changes in free chemical reactions.これまでのApplicant's research により、両方の（ATP binding, product dissociation によって影き出こされる）回転ステップのメカニズムが明らかになった.どちらのstructural change においても、structural change が自発的におこる発热的なfree エネルギーterrain であった.さらに両ステップとも、ATPaseファミリーに universal existence するWaklerモチーフというアミNo sour acid, the overall structure of the large きな structure changed を lead き rise こ す ト リ ガ ー の service cut を fruit た し て い こ と も 分 か っ た.このATPase common のアミノ acid モチーフがstructural change にimportant なservice cut をfruit たしているという results は, his のATPaseファミリーにおいても, 同様なstructural change のメカニズムをhold つことをshows instigation する.また、このシミュレーションのprocess では、existing results ともintegration する精Degree, unstructured, unpredicted and unpredicted. The above results are the result, the academic paper is many, the theory is the theory, the chance of learning is the table, the top is the table.

项目成果

The conformational change mechanism of the b (beta) subunit in F1-ATPase revealed by all-atom MD simulations,

全原子MD模拟揭示F1-ATPase中b（β）亚基的构象变化机制，

• 发表时间: 2014
• 作者: Yuko Ito;Mitsunori Ikeguchi
• 通讯作者: Mitsunori Ikeguchi

Free energy simulations for the conformational change of the αβ subunits in F1-ATPase after the ATP hydrolysis

ATP 水解后 F1-ATPase 中 αβ 亚基构象变化的自由能模拟

• 发表时间: 2014
• 作者: Yuko Ito;Mitsunori Ikeguchi
• 通讯作者: Mitsunori Ikeguchi

Molecular Dynamics Simulations on Structural Characteristics of Yeast F_1-ATPase before and after 16-degree Rotation of Gamma Subunit

酵母F_1-ATP酶γ亚基旋转16度前后结构特性的分子动力学模拟

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuko Ito;Takashi Yoshidome;Nobuyuki Matubayashi;Masahiro Kinoshita;Mitsunori Ikeguchi
• 通讯作者: Mitsunori Ikeguchi

分子動力学計算を用いて明らかにするγ16°回転前後のYeast F_1-ATPaseの構造的特徴 Molecular Dynamics Simulations on Structural Characteristics of Yeast F_1-ATPase before and after 16-degree Rotation of Gamma Subunit

酵母F_1-ATP酶γ亚基旋转16度前后结构特性的分子动力学模拟

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuko Ito;Takashi Yoshidome;Nobuyuki Matubayashi;Masahiro Kinoshita;Mitsunori Ikeguchi
• 通讯作者: Mitsunori Ikeguchi

全原子分子動力学計算が解き明かす回転分子モーターの作用機構(第7章), 化学フロンティア23,1分子ナノバイオ科学の新パラダイム 極限計測と理論, 分子からシステムへ(野地博行 編集)

全原子分子动力学计算揭示旋转分子马达的作用机制（第7章），《化学前沿》第23期，单分子纳米生物科学的新范式：极限测量与理论，从分子到系统（野地弘之主编）

• 发表时间: 2014
• 作者: 伊藤祐子;池口満徳
• 通讯作者: 池口満徳