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2009 Fiscal Year Annual Research Report

生体高分子とコソルベントが操る水分子ネットワークの分子情報論的解明

Research Project

Project/Area Number 19750004
Research InstitutionAoyama Gakuin University

Principal Investigator

優 乙石  Aoyama Gakuin University, 理工学部, 助教 (90402544)

Keywords計算化学 / 理論化学 / 生物物理
Research Abstract

細胞内は、生体高分子と水分子以外にも、アミノ酸や糖など、様々な有機低分子(コソルベント)が高濃度で共存している。本研究は、コソルベントと水分子が、生体分子の立体構造や動的挙動に及ぼす効果を、分子動力学シミュレーションと液体統計力学によって、原子レベルで解明することを目的としている。本年度は深海に生息する生物が、細胞内に多く蓄積する有機低分子:TMAO(trymethylamin N-oxide)に着目し、TMAO水溶液中における蛋白質の挙動を、分子動力学シミュレーション法を用いて調査した。また、得られた原子の位置情報を平均化し、蛋白質周囲のTMAOの3次元分布をAレベルの空間解像度で解析した。これらのデータから、選択的溶媒和〔水以外の共存する溶媒分子が、タンパク質表面などに水分子よりも過剰に結合(または排除)される現象〕が、タンパク質表面のどのような部位で発現するかを調査した。これと並行して、系を高圧に制御した分子動力学シミュレーションを実行し、TMAOが、高圧条件下における蛋白質の構造安定性を、どのように変化させるかを調査した。蛋白質立体構造の圧力依存性を決定する最も重要な物理量は部分モル体積である。本年度は、Kirkwood-Buff(カークウッド-バフ)理論〔溶質周囲の液体分子の分布状態から、熱力学量を計算する液体の統計力学〕と、分子動力学シミュレーション法を組み合わせて用いることで、実験的には長時間平均量として観測される蛋白質部分モル体積の、ピコ秒オーダーの動的挙動や3次元分布を純水中およびTMAO水溶液中で解析した。これらの研究を通じて開発した手法により、コソルベントの添加効果を分子レベルで3次元的に可視化することが可能となった。

  • Research Products

    (5 results)

All 2009

All Journal Article (1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Energy Flow Analysis in Proteins via Ensemble Molecular Dynamics Simulations : Time-Resolved Vibrational Analysis and Surficial Kirkwood-Buff Theory2009

    • Author(s)
      Masataka Nagaoka, Isseki Yu, Masayoshi Takayanagi
    • Journal Title

      Proteins : Energy, Heat and Signal Flow

      Pages: 169-196

  • [Presentation] Molecular Picture of Protein Volume Paradox : A Studv by Surficial Kirkwood-Buff Integral Method2009

    • Author(s)
      優乙石, 長岡正隆
    • Organizer
      The fourth Asian Pacific Conference on Theoretical & Computational Chemistry
    • Place of Presentation
      ポートディクソンマレーシア
    • Year and Date
      2009-12-22
  • [Presentation] Protein Volume Paradox and its Molecular Picture : A Study by Surficial Kirkwood-Buff Integral Method2009

    • Author(s)
      優乙石, 長岡正隆
    • Organizer
      第47回生物物理学会
    • Place of Presentation
      徳島
    • Year and Date
      2009-10-31
  • [Presentation] 表面カークウッド-バフ積分法によるタンパク質部分モル体積不変性の微視的理解2009

    • Author(s)
      優乙石, 長岡正隆
    • Organizer
      第12回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-05-28
  • [Presentation] 部分モル体積の空間分布から見たタンパク質変性:カークウッド-パフ積分法による考察2009

    • Author(s)
      優乙石, 長岡正隆
    • Organizer
      第3回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-05-28

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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