2019 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of dependence of secondary structure on the formation of protein structure and development of new forcefield incorporating effects of secondary structure
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19K06589
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| Research Institution | Hiroshima City University |
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Principal Investigator |
鷹野 優 広島市立大学, 情報科学研究科, 教授 (30403017)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 寛子 北見工業大学, 工学部, 助教 (60700028)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水素結合 / 二次構造 / 分子力場 / 蛋白質 / 分子動力学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はαヘリックスに加え、3_10ヘリックスおよびπヘリックスの水素結合エネルギーを量子化学計算により調べた。αヘリックスが4残基ごとに水素結合を形成するのに対して、3_10ヘリックス3残基ごと、πヘリックスは5残基ごとに水素結合を形成する。3_10ヘリックス、πヘリックスについてそれぞれ長さ2～7、4～9残基の ①Whole helical structure (WH)モデルを作成し、その構造を基に②Single turn (ST)モデル、③Minimal hydrogen bond (MH)モデルを作成した。いずれもポリアラニンのN末端をアセチル基(Ace)で、C末端をメチル基(Nme)でキャップした分子(Ace-(Ala)n-Nme)である水素結合エネルギーはnegative fragmentation approachにより求めた。
計算にはB97D/6-31+G(d)法を用いた。さらに、分子力場(Amber99SB)による水素結合エネルギーの計算（MM）も行った。
各水素結合ペアの水素結合エネルギーを水素結合距離に対してプロットした結果、αヘリックスおよびπヘリックスではWHモデルとSTモデルで近いエネルギー値が得られ、どちらもMHモデルと傾きが近い。一方、3_10ヘリックスではWHモデルのみ傾きが異なっていた。この違いを明らかにするために3_10ヘリックスについてSTモデルの前後に２つずつペプチド結合を追加したモデルを作成して水素結合エネルギーを解析した結果、WHモデルに近い結果が得られた。これは、3_10ヘリックスでは、他のヘリックスとは異なり、前後の一巻き分の影響が重要となることを示唆している。これは3_10ヘリックスの１巻がきっちり3残基となっており、C=O基やN-H基の向きが揃ってしまうことに起因しているのかもしれない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
二次構造形成において重要である水素結合エネルギーの二次構造依存性に関して、これまで調べられたαヘリックスに加え、3_10ヘリックスおよびπヘリックスなどについてもその特徴を量子化学計算により明らかにでき、古典的な力場パラメータとするための基礎データをあつめることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後さらに詳細な解析を行い、どのように力場に反映させるべきかを検討する。また、βシートやターン構造などの他の二次構造についても水素結合エネルギーの評価および二次構造依存性の解明を行う。さらには分子力場の改良に向けて、力場関数の改良およびパラメータフィッティングを行っていく。
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| Causes of Carryover |
計算機などの備品の購入のために計上していたが、計算方法の工夫を考案したため、現存の設備で当初の想定よりもデータを得ることができたので、備品の購入を次年度に移し、分子動力学シミュレーションの加速のために執行を予定している。
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