2023 Fiscal Year Annual Research Report
All-Atom Analysis of Dissolution and Aggregation of Proteins in Multi-Component Solutions
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22KF0240
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松林 伸幸 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20281107)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
HANSEN STEFAN 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Keywords | 溶媒和 / 自由エネルギー / 溶液 / 溶解 / 凝集 / MDシミュレーション / 分子間相互作用 / 共溶媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
共溶媒添加効果の自由エネルギー解析を行なった。アルカンやアルコールの溶媒和自由エネルギーの塩添加による変化を全原子MDシミュレーションとエネルギー表示溶液理論で取り扱った。塩の導入に伴う溶媒和自由エネルギーの変化を溶媒種ごとの寄与に分割することで、塩効果はアニオン種によって規定されることが見出された。さらに、エネルギー表示溶液理論の枠組み内では溶媒和自由エネルギーが系統的に静電成分、van der Waals成分、排除体積成分などの分子間相互作用成分に分割されることに基づいて、共溶媒添加に伴う各相互作用成分の変化と溶媒和自由エネルギーの変化の相関を解析し、共溶媒である塩の種類を変える場合には排除体積成分との相関が最も強いことを見出した。無極性のアルカンおよび極性をもつアルコールに共通し、炭化水素鎖の長さにも依存しない結果であり、長く議論されてきたホフマイスター系列の起源における水密度の役割を示唆する知見となっている。また、共溶媒添加に伴うタンパク質やポリマーの過剰化学ポテンシャルの変化を効率良く計算する手法を開発した。問題とする複数の溶媒条件におけるタンパク質やポリマーの配置の確率密度関数および固定配置における溶媒和自由エネルギーが満たす恒等式を定式化し、タンパク質やポリマーの配置に対する有限サンプリングから来る誤差を最小化することで効率的な過剰化学ポテンシャル変化の計算法を提案した。この手法は全原子モデルに適用可能であり運用の際には溶媒和自由エネルギーの網羅的評価が必要となるが、MDとエネルギー表示溶液理論の融合手法を用いることで溶媒和自由エネルギーの計算を高速化した。生体関連ポリマー系に対して新規手法を適用し、その過剰化学ポテンシャルに対する共溶媒添加効果が現実的な計算負荷で計算できることが明らかになるとともに、塩の特異な配位効果との関連も見出された。
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