| 研究課題/領域番号 |
20K03879
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
三浦 伸一 金沢大学, 数物科学系, 教授 (10282865)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 拡張アンサンブル法 / 液体論 / タンパク質 / フォールディング / レプリカ交換法 / 一次相転移 / ガウシアンアンサンブル / ハイブリッドモンテカルロ法 / マルチカノニカルアンサンブル / 3D-RISM理論 / 拡張アンサンブル / 液体の積分方程式理論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
タンパク質分子のアミノ酸残基配列情報からその天然状態にある三次元立体構造を予測する問題は物質科学・生命科学の最重要課題のひとつである。本研究課題では、この問題に挑戦するために我々のグループで開発しているシミュレーション手法とタンパク質周りの水溶液環境を記述することを目的とする液体の積分方程式理論を結合し、物理的原理から天然状態を予測する手法を開発する。これにより単にアミノ酸がペプチド重合してできた高分子とは異なる天然のタンパク質分子の構造に関する構築原理の理解に資すると共に人工タンパク質のde novo設計の道を開くことを目的とする。
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| 研究成果の概要 |
本研究では拡張アンサンブル法を用いてタンパク質分子の三次構造を決定する手法の構築を試みた。まずは水溶液環境を連続体モデルにより記述した水和タンパク質のマルチカノニカル計算を実施し、対象としたタンパク質の熱力学的フォールディング転移点を決定した。この転移温度は実験から推定されているものと良い一致を示した。マルチカノニカル計算より得られた軌跡に沿ってエネルギー極小化することによりエネルギー地形の様相を明らかにし、転移温度以下では実験から知られている天然構造が支配的であること示した。また水溶液環境を3D-RISM理論により高精度化する手法の検討を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
タンパク質が機能を発現する天然状態は自由エネルギー最小の状態であり、折りたたみは物理的な原理に支配されていると考えられている。これはアミノ酸残基配列情報である一次構造から機能を発現する三次構造を物理的な方法論に基づき予測できる可能性を示しており、物質科学・生命科学の最重要課題のひとつに挙げられる。本研究では水溶液環境はごく粗いモデルが用いられているが、実験で知られている天然構造を熱力学的な相転移という観点より計算のみから特定することができた。また、本研究で行われた詳細な検討により液体の積分方程式理論を用いて水溶液環境を高精度化するための方法論的な方向性を示すことができた。
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