2013 Fiscal Year Research-status Report
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25410025
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
優 乙石 独立行政法人理化学研究所, 杉田理論分子科学研究室, 協力研究員 (90402544)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 高圧 / 蛋白質 / 部分モル体積 / 深海 / 分子動力学シミュレーション / 分子混雑 |
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| Research Abstract |
本研究は、溶液中の生体分子の体積を、分子動力学シミュレーションによって理論的に計算することで、深海生物の圧力耐性の解明や、生体内化学反応の圧力による制御、ひいては圧力によって反応速度が調節可能な新規酵素の設計などに必要な知見を得るための基盤研究である。本研究課題の主要な目標の一つに、細胞環境中における蛋白質体積の微視的調査がある。従来、タンパク質の体積は、実験的および理論的手法によって主に希薄な溶液環境において調査されてきたが、実際の細胞環境は多くの蛋白質、核酸、低分子が近距離で隣り合う濃厚な分子混雑環境である。本年度は実際の細胞質における蛋白質濃度を再現した分子混雑環境（多数の蛋白質が混み合って共存している系）をモデリングし、分子動力学シミュレーションを実行した。得られた原子座標の時系列データから、細胞質中における蛋白質周囲の水分子分布や、ターゲット蛋白質に対するその他の蛋白質の平均的分布を解析した。
上記のシミュレーション・解析と並行して、蛋白質の幾何学的体積計算プログラムの開発も進めている。蛋白質の部分モル体積は、構成原子によるVDW(ファンデアワール）体積や、内部の空洞によるキャビティー体積、水分子の水和による水和体積で構成される。vdW体積およびキャビティー体積の計算および可視化は本研究において必要不可欠であるため、MDシミュレーションと連携可能な体積計算プログラムをC++言語を用いて開発中である。
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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
細胞質環境を再現したシミュレーションが順調に実行できたため、次年度の解析および理論的考察のための準備が整ったと考えている。蛋白質体積計算プログラムの開発も順調に推移しているため、次年度はこれをシミュレーションで得られた蛋白質立体構造に対して使用する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の分子動力学シミュレーションで得られた分子配置データを、液体の統計力学として知られるKirkwood-Buff理論にあてはめ、細胞質中の蛋白質部分モル体積やその圧力依存性を調査する予定である。
これと並行し、本研究課題の主要目標の一つである「好圧菌酵素反応の活性化体積の微視的解明」にも着手する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
年度末に書籍を購入した後に小額残ってしまったため。
残額が小さいので、特に使用計画に変更はない。
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