[WS5] Non-equilibrium state molecular movies: a new frontier in structural and functional studies on proteins

[WS5-02] ATOMISTICALLY DECIPHERING FUNCTIONAL PROCESSES OF PROTEINS WITH MOLECULAR SIMULATIONS

^○Shigehiko Hayashi (Dept. of Chem., Grad. Sch. Science, Kyoto Univ.)

光受容や膜輸送などのタンパク質分子機能活性化は、機能をトリガーするリガンド結合や酵素活性反応などの活性部位での局所的分子イベントと、複雑なタンパク質分子の動的かつ大域的な分子コンフォメーション変化の相関により達成される。従って、タンパク質の機能の分子的性質を理解するためには、それらのマルチスケールな分子的現象の相関を明らかにする必要がある。本発表では、チャネルロドプシン光感受性イオン輸送体の光活性化、及び MEK キナーゼのリン酸化による反応活性化に関する研究を紹介する。光活性化やリン酸化などの局所的分子イベントによる機能活性化に対しては、我々が開発したハイブリッド QM/MM 法を用い、光励起による発色団分子の構造変化やリン酸化修飾がもたらすタンパク質の大規模構造変化とイオンチャネル輸送やキナーゼ反応活性の機能的相関を明らかにした。光感受性イオン輸送体に関しては、カチオンチャネルである C1C2、及びアニオンチャネルである ACR1 のそれぞれに対して光活性化状態のモデリングを行った。C1C2 に関しては、他の類縁のイオンポンプで知られているものとは異なる発色団分子の特徴的な構造変化を明らかにし、最近発表された時間分解シリアルフェムト秒 X 線結晶構造解析実験観測を理論的に予測することに成功した。MEK キナーゼに関しては、リン酸化による大域的な構造変化が反応活性部位に波及し、ATP 反応活性を制御していることを見出した。