2001 Fiscal Year Annual Research Report

自由エネルギー地形計算による蛋白質のフォールド予測とフォールディング過程の解析

Research Project

Project/Area Number	12680657
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	中村春木大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (80134485)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中島伸介大阪大学, たんぱく質研究所, 助手 (60324852)
Keywords	構造探索 / 分子動力学 / ペプチド構造 / Tsallis統計 / 量子化学計算 / 不規則構造 / シミュレーション計算 / マルチカノニカル統計
Research Abstract	蛋白質の天然状態は自由エネルギーの低い構造をとることから、蛋白質分子の主要な自由エネルギー地形を算出して自由エネルギーの低い複数の蛋白質の立体構造を選択することによって、そのフォールドを高精度に予測し、フォールディング過程の解析も合わせて行うことを目的とする。本研究の申請者である中村および中島は、マルチカノニカル分子動力学法のアルゴリズムを開発して種々のペプチドに対する自由エネルギー地形を得ていた。本年度は、特に、力場パラメータによって自由エネルギー地形が大きく異なる問題を見い出し、その解決に努力を注いだ。例えば、水溶液中でランダムコイル状となる10残基程度のペプチドでは、AMBER parm96という力場を用いたシミュレーションの結果では、確かにランダムコイル構造がアンサンブル全体の90%以上を占める。一方、AMBER parm94という力場を用いると、α-ヘリックス構造ばかりとなってしまうことがわかった。どのような力場パラメータを使えば良いかを判断するため、自由エネルギーを量子化学計算によるエネルギー・ポテンシャルを用いて補正する手法を考案し実施し、CHARMm22力場も含めて、様々な力場による自由エネルギー地形を、ほぼ同様に補正されることを確認した。また、自由エネルギー地形をマルチカノニカル分子動力学法よりもさらに効率良く得るため、Tsallis統計におけるパラメータqを一つの変数として加え、広いエネルギー空間をカバーできる新たなシミュレーション手法を考案し、真空中の5残基のペプチドという単純な系において成功した。

Research Products
(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] Higo, Junichi: "Energy landscape of a peptide consisting of alpha-helix, 3(10)-helix, beta-turn, beta-hairpin, and other disordered conformations"Protein Science. vol.10, No.6. 1160-1171 (2001)
[Publications] Higo, Junichi: "Energy landscape of a beta-hairpin peptide in explicit water studied by multicanonical molecular dynamics"Chemical Physics Letters. vol.377, No.1. 169-175 (2001)
[Publications] Higo, Junichi: "Large vortex-like structure of dipole field in computer models of liquid Water and dipole-bridge between biomolecules"Proceedings of National Academy of Science USA. vol.98, No.11. 5961-5964 (2001)
[Publications] Furukawa, Koji: "A role of the third complementarity-determining region in the affinity maturation of an antibody"Journal of Biological Chemistry. vol.276, No.29. 27622-27628 (2001)
[Publications] Ono, Satoshi: "Calibration of force-field dependency in free energy landscapes of peptide caonformations by quantum chemical calculations"Journal of Compututational Chemistry. vol.23, No.4. 470-476 (2002)
[Publications] Fukuda, Ikuo: "Tsallis Dynamics using Nose-Hoover approach"Physical Review E. vol.65(in press). (2002)

2001 Fiscal Year Annual Research Report

自由エネルギー地形計算による蛋白質のフォールド予測とフォールディング過程の解析

Principal Investigator

中村 春木 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (80134485)

Research Products

[Publications] Higo, Junichi: "Energy landscape of a peptide consisting of alpha-helix, 3(10)-helix, beta-turn, beta-hairpin, and other disordered conformations"Protein Science. vol.10, No.6. 1160-1171 (2001)

[Publications] Higo, Junichi: "Energy landscape of a beta-hairpin peptide in explicit water studied by multicanonical molecular dynamics"Chemical Physics Letters. vol.377, No.1. 169-175 (2001)

[Publications] Higo, Junichi: "Large vortex-like structure of dipole field in computer models of liquid Water and dipole-bridge between biomolecules"Proceedings of National Academy of Science USA. vol.98, No.11. 5961-5964 (2001)

[Publications] Furukawa, Koji: "A role of the third complementarity-determining region in the affinity maturation of an antibody"Journal of Biological Chemistry. vol.276, No.29. 27622-27628 (2001)

[Publications] Ono, Satoshi: "Calibration of force-field dependency in free energy landscapes of peptide caonformations by quantum chemical calculations"Journal of Compututational Chemistry. vol.23, No.4. 470-476 (2002)

[Publications] Fukuda, Ikuo: "Tsallis Dynamics using Nose-Hoover approach"Physical Review E. vol.65(in press). (2002)

中村春木大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (80134485)