2022 Fiscal Year Annual Research 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 – 2023-03-31
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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 / 密度汎関数法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、πヘリックスと3_10ヘリックスに関して水素結合エネルギーを密度汎関数法とNegative Fragment Approach（NFA）を用いて計算した。計算結果をαヘリックスの結果と比較するとともに、ヘリックス構造の水素結合エネルギーの傾向への影響について考察した。まず、ヘリックス内の水素結合に対して、密度汎関数法＋NFAで得られた水素結合エネルギーを、分子動力学シミュレーションでよく使われる分子力場（AMBERff99力場）のものと比較したところ、分子力場ではπヘリックスの水素結合エネルギーが過大評価された。これはαヘリックスの結果と同様であった。水素結合を形成するペプチド結合のみで構成されるミニマルモデルでは水素結合エネルギーは分子力場のものとほぼ同じになるが、隣接するペプチド結合を含むモデルでは水素結合エネルギーが小さくなることから、隣接するカルボニル基およびアミノ基の影響よりペプチド結合が脱分極し、水素結合が不安定化されることが示唆された。一方で、3_10ヘリックスでは、αヘリックスとは異なり、末端から2つ目の水素結合ペアで水素結合が大きく不安定化されていた。この傾向に関する違いは、ヘリックス構造の違いにより隣接するカルボニル基およびアミノ基との相対配置が異なることに起因していた。以上の結果をもとに、近距離の相互作用の影響を含めることで分子力場を改良する方法について検討し、原子の電荷を改良することで密度汎関数法の結果をある程度再現できることがわかってきた。
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