カルシウムポンプのリン酸化により誘起されるイオン輸送機構の自由エネルギー解析

钙泵磷酸化诱导的离子传输机制的自由能分析

基本信息

  • 批准号:
    14J05682
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 0.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2014-04-25 至 2015-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究の背景筋小胞体カルシウムポンプはP型のATP加水分解酵素であり,筋小胞体膜中に存在する膜タンパク質である.1個のATPを加水分解し,2個のCa2+を細胞質から小胞体内腔へ1万倍の濃度勾配に逆らって能動輸送する.これまでX線結晶構造解析によって輸送サイクルの反応中間体の立体構造が決定され,カルシウムポンプは大規模な構造変化によってイオン輸送を実現していることが示唆された.本研究では,分子動力学(MD)計算によって生体環境中のカルシウムポンプの熱運動を解析した.多リン酸分子力場の改良脂質二重膜に埋め込まれたATPとADPそれぞれの結合状態の筋小胞体カルシウムポンプの全原子MD計算を実行した.本研究では,多リン酸分子の力場パラメタをより高精度に改良した.改良された力場パラメタをATP結合状態のカルシウムポンプだけでなく,他のATP結合タンパク質のMD計算に適用して検証を行った.カルシウムポンプの場合では,従来の力場を用いるとATPの構造が大きく崩れてしまう結果に対し,改良された力場ではATPの構造は安定に保持した.他の4種類のATP結合タンパク質を用いた場合でも同様な結果が得られた.また,ATPの取り得るコンフォメーションの多様性の比較のため,改良した力場とオリジナルの力場を用いて溶液中ATPのレプリカ交換MD計算を行った.従来の力場を用いた場合ではATPの三リン酸部分が伸びきった構造のみ出現したが,改良された力場ではこの構造も含むより広範囲なコンフォメーションを実現していた.改良された力場で得られた三リン酸構造の分布は,PDBに収容されているタンパク質に結合したATPの構造との重なり合いが見られた.改良した力場は生体分子のダイナミクスの研究に適しており,カルシウムポンプや一般のタンパク質のMD計算におけるATPの熱運動の解析に有用であることを示した.
This study の background reinforced small cell body カ ル シ ウ ム ポ ン プ は p-type の ATP hydrolysis enzyme で あ り, exist in small cell body membrane に す る membrane タ ン パ ク qualitative で あ る. 1 の を ATP hydrolysis し, 2 の Ca2 + を cytoplasm か ら small cell in the body cavity へ hook with 10000 times の concentration に inverse ら っ て active transport す る. こ れ ま で X-ray crystal structure parsing に よ っ て conveying サ イ ク ル の anti 応 intermediates の three-dimensional structure が decided さ れ, カ ル シ ウ ム ポ ン プ は large-scale な structure - the に よ っ て イ オ ン conveying を be presently し て い る こ と が in stopping さ れ た. In this study, で で, molecular dynamics (MD) calculations were conducted to calculate the <s:1> カ シウムポ シウムポ <e:1> プ プ <s:1> thermal motion in the によって living environment, and を was analyzed to た た. More リ ン acid molecular force field の modified lipid double membrane に buried め 込 ま れ た ATP と ADP そ れ ぞ れ の combining state の reinforced small cell body カ ル シ ウ ム ポ ン プ の all atoms MD computing を line be し た. In this study, で で, high-precision に improvement of the gravitational field of multiple リ <e:1> acid molecules パラメタをよ に, リ た. Improved さ れ た force field パ ラ メ タ を ATP combining state の カ ル シ ウ ム ポ ン プ だ け で な く, he の ATP combining タ ン パ ク qualitative の MD computing に applicable し て 検 line card を っ た. カ ル シ ウ ム ポ ン プ の occasions で は, 従 to force の を い る と ATP の tectonic が big き く collapse れ て し ま う results に し seaborne, improved さ れ た force field で は ATP は の structure stability に keep し た. He <s:1> four types of <s:1> ATP bind to タ パ パ of the Yin を in the <s:1> た case で を the same な result が is られた. ま た, ATP の take り る コ ン フ ォ メ ー シ ョ ン の multiple others の is の た め, improved し た force field と オ リ ジ ナ ル の force field を with い て solution ATP の レ プ リ カ MD to calculate line を っ た. 従 to force の を い た occasions で は ATP の three リ ン acid part が stretch び き っ た tectonic の み appear し た が, improved さ れ た force field で は こ も の structure containing む よ り hiroo van 囲 な コ ン フ ォ メ ー シ ョ ン を be presently し て い た. Improved さ れ た force field で have ら れ た three リ ン は の acid structure distribution, PDB に 収 let さ れ て い る タ ン パ ク qualitative に combining し た ATP の tectonic と の heavy な り close い が see ら れ た. Improved し た force field は raw body molecular の ダ イ ナ ミ ク ス の research に optimum し て お り, カ ル シ ウ ム ポ ン プ や general の タ ン パ ク qualitative の MD computing に お け る ATP の thermal motion の parsing に useful で あ る こ と を shown し た.

项目成果

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专利数量(0)
Molecular dynamics simulations of ATP or ADP bound form of SR Ca2+-ATPase using CHARMM force field with modified polyphosphate parameters
使用具有修改的多磷酸盐参数的 CHARMM 力场对 SR Ca2 -ATPase 的 ATP 或 ADP 结合形式进行分子动力学模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yasuaki Komuro;Suyong Re;Chigusa Kobayashi;Eiro Muneyuki;and Yuji Sugita
  • 通讯作者:
    and Yuji Sugita
アップデートした多リン酸力場を用いた筋小胞体カルシウムポンプの分子動力学計算
使用更新的聚磷酸盐力场计算肌浆网钙泵的分子动力学
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    小室靖明;李秀栄;小林千草;宗行英朗;杉田有治
  • 通讯作者:
    杉田有治
Molecular dynamics simulations of ATP or ADP bound form of SR Ca2+-ATPase using CHARMM force-field with modified polyphosphate parameters
使用具有修改的多磷酸盐参数的 CHARMM 力场对 SR Ca2 -ATPase 的 ATP 或 ADP 结合形式进行分子动力学模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yasuaki Komuro;Suyong Re;Chigusa Kobayashi;Eiro Muneyuki;Yuji Sugita
  • 通讯作者:
    Yuji Sugita
Molecular dynamics simulations of ATP or ADP bound form of SR Ca2+-ATPase using CHARMM force field with updated polyphosphate parameters
使用 CHARMM 力场和更新的多磷酸盐参数对 SR Ca2 -ATPase 的 ATP 或 ADP 结合形式进行分子动力学模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yasuaki Komuro;Suyong Re;Chigusa Kobayashi;Eiro Muneyuki;and Yuji Sugita
  • 通讯作者:
    and Yuji Sugita
Molecular Dynamics Simulations of ATP or ADP Bound Form of SR Ca2+-ATPase Using CHARMM Force Fields with Modified Polyphosphate Parameters
使用具有修改的多磷酸盐参数的 CHARMM 力场对 SR Ca2 -ATP 酶的 ATP 或 ADP 结合形式进行分子动力学模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yasuaki Komuro;Suyong Re;Chigusa Kobayashi;Eiro Muneyuki;Yuji Sugita
  • 通讯作者:
    Yuji Sugita
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小室 靖明其他文献

改良した多リン酸力場を用いた ATP/ADP 結合状態の筋小胞体カルシウムポンプの分子動力学計算
使用改进的聚磷酸盐力场对 ATP/ADP 结合的肌浆网钙泵进行分子动力学计算
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    小室 靖明;李 秀栄;小林 千草;宗行 英朗;杉田 有治
  • 通讯作者:
    杉田 有治

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