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2010 年度 実績報告書

計算機シミュレーションによる一酸化窒素還元酵素の機能解析

研究課題

研究課題/領域番号 22770163
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

ピシリアコフ アンドレイ  独立行政法人理化学研究所, 杉田理論生物化学研究室, 国際特別研究員 (70565770)

キーワードMD simulation / membrane proteins / enzyme catalysis / denitrification / water dynamics / proton transfer
研究概要

一酸化窒素還元酵素(cNORとqNOR)の膜環境下における全原子古典分子動力学(MD)計算を行った.300ナノ秒の長時間MDを行い,タンパク質の安定性だけではなく,タンパク質の膜貫通領域にある活性中心へのプロトン輸送を担う水チャネルの形成・安定性も検討した.そして,静的な結晶構造から示唆されている水チャネルの描像を,ダイナミクスの詳細に基づいて再検討した.その結果,活性中心ヘプロトンを輸送しうる幾つかの水チャネルの特定に成功し,チャネル内部の水分子が形成する水素結合ネットワークの動的な振る舞いを明らかにした.今回特定した水チャネルは,結晶構造解析から示唆されていたcNORのチャネル1とqNORのK-チャネルと良く一致しており,それらがプロトン輸送経路となっていることを示唆する.一方,他の実験から示唆されていたチャネル2がプトロン輸送には相応しくないこともわかった.これらの水チャネルとは別に,結晶構造からは予測することの出来なかった新たなプロトン輸送経路(cNORのチャネル3とqNoRの周辺質からのチャネル)も提案した.また,cNoRとqNoRはお互いに良く似た構造をとっているにも関わらず,プロトンを取り込む機構が著しく異なることがわかった.この結果は,チトクロムc酸化酵素を含む呼吸酵素のプロトン輸送を明らかにし,その進化過程を知る糸口となる,以上の結果に基づき,今後は半古典的手法を用いて実際のプロトン輸送過程のシミュレーションを行う.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2010

すべて 学会発表 (5件)

  • [学会発表] Molecular dynamics simulations of NORs2010

    • 著者名/発表者名
      Andrei Pisliakov
    • 学会等名
      Frontiers in the Simulations of Macromolecules
    • 発表場所
      Los Angeles, CA, USA
    • 年月日
      20101112-20101114
  • [学会発表] Proton transfer pathways in cNOR revealed by MD simulations2010

    • 著者名/発表者名
      Andrei Pisliakov
    • 学会等名
      48th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      Sendai
    • 年月日
      20100920-20100922
  • [学会発表] Proton transfer in cytochrome c oxidase and nitric oxide reductase2010

    • 著者名/発表者名
      Andrei Pisliakov
    • 学会等名
      Gordon Conference on Computational Chemistry
    • 発表場所
      LesDiablerets, Switzerland
    • 年月日
      20100829-20100903
  • [学会発表] Biological proton transfer : simulation methods and applications2010

    • 著者名/発表者名
      Andrei Pisliakov
    • 学会等名
      European Bioenergetics Conference
    • 発表場所
      Warsaw, Poland
    • 年月日
      20100717-20100722
  • [学会発表] Water channels and proton transfer pathways in nitric oxide reductase2010

    • 著者名/発表者名
      Andrei Pisliakov
    • 学会等名
      Symposium on Hydration Dynamics and Molecular Processes
    • 発表場所
      Wako
    • 年月日
      2010-12-01

URL: 

公開日: 2012-07-19  

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