氷核活性細菌により促進される氷核生成の研究

• 研究課題/領域番号: 14750144
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 泰岡 顕治 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (40306874)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 2004年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 2003年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2002年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: 氷タンパク質 / 分子動力学シミュレーション / 分子動力学専用計算機(MDGRADE=-2) / 核生成 / 水素結合 / 分子動力学 / 専用計算機 / 氷核生成 / 二次構造

研究概要

氷核生成を活性化させる物質(過冷却解除剤)を用いた現象の理解のためには,氷核生成の微視的メカニズムの解明が必要である.本研究では,過冷却解除剤として氷核活性細菌に着目し,その細胞膜上にある氷核生成を促進する機能を持つタンパク質(ICE PROTEIN)の構造と核生成のメカニズムの関係を解明することを目的とする.
平成14年度は,氷タンパク質の機能を明らかにする目的から,タンパク質自身の2次構造の解析を分子動力学シミュレーションを用いて行った.平成15年度は氷生成のメカニズムを明らかにする目的から,氷タンパク質の機能を抽出したモデルの構築を行った.新たに構築したモデルを用いてT=300Kにて分子動力学シミュレーションを行った.氷タンパク質のモデルと水分子の間の水素結合について詳細に解析を行った.その結果,酸素原子と水分子が水素結合をするサイトに関しては,結合エネルギー・結合時間などの解析から十分妥当なモデルであることがわかった.しかし,水素原子と水分子が水素結合するサイトに関しては,結合状態が不十分であることがわかった.
そこで,氷タンパク質の機能を完全に抽出したモデルの構築は難しいと判断し,平成16年度はタンパク質のすべての原子をそのまま扱うモデルを採用し,周期境界条件下で計算を行った.周期境界条件下で計算するために,氷タンパク質の周期性を十分に調べ,シミュレーションを行った.水素結合の持続時間などの解析を行い,氷タンパク質の特徴を調べることができた.分子動力学シミュレーションには,分子動力学専用計算機MDGRAPE-2を用いた.MDGRAPE-2は分子動力学計算において最も時間のかかる力の計算を専用に行うチップとボードからなるものである。