2014 Fiscal Year Annual Research Report
生体関連分子と水の複合的な分子間相互作用による振動スペクトル強度・形状の理論解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment |
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| Project/Area Number |
26104515
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
鳥居 肇 静岡大学, 教育学部, 教授 (80242098)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | タンパク質 / 水 / 振動スペクトル / 強度 / 理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質と水の相互作用などを実験的に検出するための一手法群として，振動分光は広く利用されており，その正しい解析のために不可欠な，スペクトル上の特徴と分子間相互作用・構造・ダイナミクスを関係付けるための理論的基盤が，構築されつつある。しかし，現在の計算の枠組みに不十分な点があることが明らかとなっており，改良を続行する必要がある。
平成２６年度には，ペプチド基のアミドⅠモードの振動数シフトが，ペプチド基と水分子の相対的配置とどのように相関するかについて，特に距離依存性と角度位置依存性を分離して解析した。その結果，(1) 振動数シフトはC=O...Hが直線形から離れるにしたがって大きくなり，C=O軸にほぼ対称的であること，(2) この角度位置依存性は，従来の静電相互作用モデルでは十分に表現できないこと，(3) 新たに考案した理論モデル構築方針により，これを十分に表現できるモデルが構築できること，を明らかにした。特に，角度位置依存性を表現するために必要なベクトル量の素性（符号関係など）を解明し，１０年以上に亘り多くの研究者によって様々に進められてきたモデル構築を収束に向ける成果が得られた。また，この知見をもとにスペクトルのシミュレーションを実施することが可能な，ソフトウェアの改良を実施した。これらと並行して，電子密度微分解析の手法により，アミドⅡモードの赤外強度の２次構造依存性における (a) 溶媒水分子の配置（特にN－H周りの角度位置）への依存性，および (b) ペプチド鎖長への依存性，を解析した。
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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
１０年以上に亘り多くの研究者によって様々に進められてきたモデル構築を収束に向け，今後の正確なスペクトルシミュレーションに繋がる成果が得られたことから，「おおむね順調に進展している」と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，今年度の成果に基づき，水溶液中のペプチド鎖・タンパク質を対象として１次元・２次元赤外スペクトルのシミュレーションを実施し，スペクトル上に観測される「水和へリックス」の正体を明らかにするととともに，２次構造に関する参照系ともいうべきrandom coilの構造とスペクトルの相関の解析も実施する。「アミドⅡモードの赤外強度の２次構造依存性における溶媒水分子の配置およびペプチド鎖長への依存性の解析」については，成果公表に向けて，解析の最終段階を実施する。「DNA塩基対の水素結合欠陥・揺らぎを検出するための理論的基盤の構築に向けた解析」についても，引き続き進めることとする。
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