2012 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Water plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins |
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| Project/Area Number |
20118002
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松林 伸幸 京都大学, 化学研究所, 准教授 (20281107)
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| Project Period (FY) |
2008-04-01 – 2013-03-31
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| Keywords | ATP / F1タンパク質 / 自由エネルギー / 分子シミュレーション / 溶媒和 / 構造エネルギー / 溶液理論 / 水和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
F1タンパク質と溶媒水を、全原子レベルで取り扱い、ATP反応・タンパク質構造変化・水和効果の3者の協同性を、自由エネルギー値に基づいて調べた。F1モータータンパク質は、いくつかのサブユニットから形成される。ATP加水分解の触媒活性を担うベータサブユニットのみの自由エネルギーの解析を行った。ベータサブユニットは、ATPやADPの結合していない構造、加水分解前のATP結合構造、加水分解後のADP結合構造の3種がある。分子動力学シミュレーションでは、3つの状態のそれぞれについて、水中での代表的ゆらぎ構造をサンプルし、構造ゆらぎの幅を確定する。その後、各構造に対する水和自由エネルギーの計算を、エネルギー表示溶液理論を用いて行った。平衡ゆらぎ中のMDで得られた構造を用い、上に述べた3つの状態で、構造安定性を司る自由エネルギーを求めた。この自由エネルギーは構造エネルギー（分子内エネルギー）と水和自由エネルギーの和である。数百残基からなる巨大分子の全原子計算であるが、1 ns程度の短時間のMDで、物理的議論が可能な自由エネルギーの計算精度が得られることが分った。3つの構造の自由エネルギーを比較すると、主として引力相互作用の補償関係が成り立っていた。その結果、構造安定性の順序は、斥力相互作用の主要因子である排除体積効果の順序と一致した。マクロな物体については、排除体積効果が支配的になるが、この程度の大きさのタンパク質系でも同様の結果が得られたことになる。また、構造エネルギーと水和自由エネルギーの相関関係を検討したところ、反相関関係が見出された。水からの自由エネルギー供給によって、数百kcal/molにおよぶタンパク質構造ゆらぎが誘起されることを示しており、そして、反相関は、引力的相互作用のゆらぎで決定される。
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| Research Progress Status |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] High-Energy X-ray Diffraction Study on the Intramolecular Structure of 2-Aminoethanol in the Liquid State2013
Author(s)
Y. Kameda, H. Deguchi, Y. Kubota, H. Furukawa, Y. Yagi, Y. Imai, M. Tatsumi, N. Yamazaki, N. Watari, T. Hirata, N. Matubayasi
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Journal Title
Bull. Chem. Soc. Japan
Volume: 86
Pages: 99-103
DOI
Peer Reviewed
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