2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a Polarizable Force Field for DNA Based on the Block Model
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15K00410
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| Research Institution | Kinjo Gakuin University |
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Principal Investigator |
中川 節子 金城学院大学, 生活環境学部, 教授 (50050711)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分極力場 / 分極率 / 点電荷 / 誘起双極子 / 核酸 / DNA / ブロックモデル / ブロック分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子力学シミュレーションは、タンパク質・核酸など生体高分子の動的構造を研究する上で有力な方法である。生体系のように電荷をもつ不均一な系では、分極力場を使用して計算精度を上げる必要があると考えられる。特にDNAのようにリン酸イオンを多数含む高分子系では、原子の電荷と分極率を切り離して設定することが難しく、高い精度を持つ分極力場を構築することができていない。本研究では、電荷と分極率をブロック単位で求め、DNAに適応可能な実践的な方法を提案検証し、十分な精度を持つ分極ブロックモデルポテンシャル（PBMP）の開発を行った。
PBMP構築のためのプログラム開発を行った後、DNAを構成する4種のヌクレオチドについて、パラメータを決定した。主として、リン酸基－デオキシリボース部分及び塩基部分に分けたヌクレオチド2ブロックモデルの開発を進めた。参照とする量子化学計算には、MP2/6-311++G(2d,2p)を用いた。
決定したパラメータを用い、分子表面の静電ポテンシャル及び相互作用エネルギーの再現性を評価した。パラメータの検証に用いたトリヌクレオチド二量体は、二重らせん構造の異なる A型CCC-GGG 、B型GAC-GTC 及びZ型GCG-CGC である。いずれもX線結晶構造解析データより構築した。対イオンとしてNa+を配置したモデルに関しても評価した。参照とする計算には、MP2/6-31+G*を用いた。分極の導入により、トリヌクレオチド二量体の静電ポテンシャルは、1～2%改良した。一方、電子の分極に強く影響するNa+を配置したモデルでは、27～35%の大きな改善があった。トリヌクレオチド間の距離を変化させたポテンシャル曲線では、A、B、Z型のいずれのモデルにおいても、安定点を良く再現した。今回開発したPBMPは、DNAのシミュレーションの精度を大幅に改善するものと期待できる。
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Research Products
(3 results)
