权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

分子動力学法に基づくタンパク質反応場の理解とタンパク質デザイン

基于分子动力学方法理解蛋白质反应场和蛋白质设计

基本信息

批准号：
13J03029
负责人：
馬場剛史
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J03029/
关键词：
生物物理分子動力学 QM/MM法酵素反応 Rare event 理論化学酸解離定数

项目摘要

ナイロンオリゴマー分解酵素の基質であるナイロンオリゴマーは人工化合物であり、自然界に存在しなかった物質である。しかし、本酵素は自然進化によって比較的短期間の間に人工化合物に適応することに成功した珍しい系である。従って、自然進化つまり自然によるこの合理的なデザインがどのように発生したのか明らかにすることができれば、今後の酵素の分子工学およびデザインに対して新しい知見を与えることができると期待される。本年度の研究は、本酵素がどのようにして人工化合物であるナイロンオリゴマーを分解する機能を獲得し、自然に適用できたのかその理由を明確にするため、野生型とその変異体(Y170F)に関して、具体的な反応機構の解明や自由エネルギー地形の算出を行った。着目しているTyr170は、活性中心近傍にあり、基質のアミド結合と水素結合を形成していることが判明している。その一方で、Tyr170は類似タンパク質であるβラクタマーゼには存在しない特異的なアミノ酸残基である。本研究ではQM/MM CPMD法やPaCS-MD、FMO法など様々な計算手法を利用して、Tyr170の役割を検討した。その結果、得られた２つのデータを詳細に比較することによって、今回着目していたTyr170が直接触媒反応に関与していることが判明した。Tyr170が存在することにより人工化合物であるナイロンオリゴマーの分解を促進していることが明らかとなった。本研究によって自然による合理的なデザインによって生じたナイロンオリゴマー分解酵素の反応機構を明らかにした点は、今後様々な酵素のデザインを検討する上で重要な学術的概念を与えると期待される。

The substrate of decomposing enzyme is artificial compound and exists in nature. This enzyme has evolved naturally over a short period of time and is suitable for artificial compounds. The natural evolution of the natural environment is a natural development, and the molecular engineering of the enzyme in the future is a new knowledge and expectation. This year's research is aimed at clarifying the reasons for obtaining the function of this enzyme in artificial compounds and natural compounds, wild-type and variant (Y170F), and calculating the specific reaction mechanism and free production terrain. Tyr170 is located near the active center, and the matrix is bound to water. Tyr170 is similar to Tyr170, but it has a specific acid residue. In this study, QM/MM CPMD method, PaCS-MD method, FMO method and other calculation methods are discussed. The results show that Tyr170 is a direct catalytic reaction and a direct catalytic reaction. Tyr170 is an artificial compound that promotes decomposition. This study aims to explore the concept and expectation of natural and rational enzyme development in the future.