アセチルコリンエステラーゼの作用機構-抗痴呆薬開発のための基礎的研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06680644
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 笈川 節子 千葉大学, 薬学部, 助教授 (60101359)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 畑 晶之 千葉大学, 薬学部, 助手 (50241972) ; 津田 穣 千葉大学, 薬学部, 教授 (90009506)
• Keywords: アセチルコリン / コリンエステラーゼ / プロトンリレー機構 / 分子動力学計算 / 量子化学計算 / 加水分解反応機構 / セリンオキソニウムイオン / 活性中心

Research Abstract

当初計画に従い、(1)アセチルコリンエステラーゼ活性中心のコリン結合部位の検討、(2)アセチルコリンエステラーゼ活性部位でのエステル加水分解反応機構-量子化学による解明、について研究を行った。(1)については、アセチルコリンの4級アンモニウム正イオンを受け止めるアセチルコリンエステラーゼ側の結合部位(アニオニック・サイト)として、負電荷を持ち、かつアセチルコリンと相互作用可能な数種のアミノ酸残基を考慮して、分子動力学計算を行った。その結果、Glu199がアセチルコリンを加水分解するために、それを適切な位置に保持できる唯一のアミノ酸残基であることがわかった。(2)については、(1)で得られた活性部位の構造を基に、Ser200-His400-Glu327とアセチルコリン、(1)で示したGlu199及び中間生成物である四面中間体を安定化するオキシアニオンホールとなる2つのグリシンを考慮した加水分解反応モデルを組み立て、これについて半経験的分子軌道法を用いた量子化学計算を行い、加水分解反応機構を明らかにした。その結果、構造的に類似したセリンプロテアーゼの反応機構で問題になっていたプロトンリレー機構の意味が明らかとなった。即ち、プロトンリレー機構が働くと、活性中心のセリンオキソニウムイオンを生成する反応が二段階に分割され、これにより反応に必要な活性化エネルギー値が10kcal/molも下がるのである。また、反応の律速段階における活性化エネルギーは、22.3kcal/molであることも解った。

Research Products

• [Publications] 笈川節子: "アセチルコリンエステラーゼの作用機構(1)四面中間体の生成" 日本薬学会第114年会講演要旨集4. 204- (1994)
• [Publications] 市川理恵子: "アセチルコリンエステラーゼの作用機構(2)アシル化体の生成" 日本薬学会第114年会講演要旨集4. 204- (1994)
• [Publications] 堀 栄治: "アセチルコリンエステラーゼの作用機構-プロトンリレー機構の寄与" 1994分子構造総合討論会講演要旨集. 114- (1994)
• [Publications] 堀 栄治: "アセチルコリンエステラーゼの作用機構-Anionic Siteとプロトンリレーの寄与-" 第32回日本生物物理学会講演予稿集. 522- (1994)