2020 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study of enzymatic reaction dynamics
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18K05049
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
森 俊文 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (20732043)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 反応ダイナミクス / 酵素反応 / 自由エネルギー / 構造励起状態 / 反応座標探索 / 交差エントロピー / Pin1 / 分子シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酵素反応における酵素の構造揺らぎ・状態遷移といった構造の柔らかさが反応活性に重要であることはこれまで実験から示唆されていたが、この構造揺らぎが、化学反応という非常に稀だが素早く起こるイベントにどのように寄与しているかに関する分子機構はこれまであまり理解されていない。本研究課題では、従来広く行われてきた自由エネルギー面上での反応経路や遷移状態の探索では捉えることのできない酵素の動きが、酵素反応の過程の中でどのように見られ、またそれが活性に寄与しているかを、動力学の観点から明らかにすることを目指した研究を展開している。
本年度は、プロリン異性化酵素Pin1のcisおよびtrans状態での長時間分子動力学シミュレーションを行い、そのデータを解析することで、平衡状態から構造励起状態へとどのように到達するかに関する解析を行った。特に、様々な特徴量を用いて構造のクラスタリングを行い、平衡状態の構造揺らぎの中で見られる状態と構造を調べた。すると、cis状態では構造励起状態と似たαヘリックス構造はほとんど見られないことが分かった。一方で、trans状態では、酵素の構造は構造励起状態と似ている場合でも、基質の相対的配置や配向が大きく異なっているのが見られ、基質と酵素の構造がともに理想的な形になることは稀にしか起こっていないことが確認された。これらの結果をまとめた論文を現在準備中である。
また、遷移状態付近の反応経路を特徴付ける反応座標を、反応確率（committor）から決定する方法に関する論文のreviseを行い、論文として発表した。さらに、本研究課題でこれまですすめてきた、プロリン異性化酵素Pin1の構造励起状態の特徴付けと遷移状態付近の反応座標についてまとめた和文記事を執筆・投稿中である。
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