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2009 年度 実績報告書

構造ゆらぎを促進する分子シミュレーション手法の開発と自由エネルギー計算

計画研究

研究領域揺らぎが機能を決める生命分子の科学
研究課題/領域番号 20107002
研究機関名古屋大学

研究代表者

岡本 祐幸  名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70185487)

キーワード生体系 / 蛋白質 / 分子シュミレーション / 拡張アンサンブル法 / 自由エネルギー計算
研究概要

今年度、我々は、拡張アンサンブル法の多変数への拡張を行い、一般的な定式化に成功した。ここでは、特に、多変数焼き戻し法(multidimensional simulated tempering)を開発した。すなわち、従来の焼き戻し法は(simulated tempering)温度をダイナミカルな変数として、シミュレーションの途中で変えていく訳であるが、我々は、温度を任意のポテンシャルエネルギーを指定するパラメターへと拡張した訳である。例として、モデル溶媒中のヘリカルペプチド系を用いたシミュレーションを行なった。この手法は特に大規模な生体分子系のシミュレーションに適している。また、我々は、二次構造形成の傾向に深く関与する力場パラメータとして,主鎖の二面角であるφとψに注目し,OPLS-UA力場の最適化を試みた。これは様々な折りたたみ構造をもつ複数のタンパク質に対し,実験で得られた構造のときにエネルギーがより安定になるように最適化する方法である。用意するタンパク質の立体構造はSCOPデータベースより分類されたallα,allβ,α/β,α+βなどのフォールドごとに登録された構造数の割合に従って得たPDBからの100個の構造とした。本研究ではこのデータセットに対し2種類の評価関数を用いた。
一つは,PDBから得られたタンパク質の立体構造を構成するすべての原子について各々の原子にかかる力の大きさの和を評価関数としたものであり,これを力場パラメータ空間上で最小化することで最適化した。もう一つは複数のPDBから得られた構造とこれを初期構造としてエネルギー極小化をして得られた立体構造間のRMSDの和を評価関数としたもので,これについても力場パラメータ空間上で最小化することで最適化をおこなった。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (14件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Controlling the secondary-structure-forming tendencies of proteins by a backbone torsion-energy term2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Sakae, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 36

      ページ: 138-158

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Determination method of the balance of the secondary-structure-forming tendencies of force fields2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Sakae, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Molecular Simulation 36

      ページ: 159-165

    • 査読あり
  • [雑誌論文] From multidimensional replica-exchange method to multidimensional multicanonical algorithm and simulated tempering2009

    • 著者名/発表者名
      A.Mitsutake, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Physical Review E 79

      ページ: 047701(4)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multidimensional generalized-ensemble algorithms for complex systems2009

    • 著者名/発表者名
      A.Mitsutake, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 130

      ページ: 214105(14)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Folding simulations of gramicidin A into the β-helix conformations : simulated annealing molecular dynamics study2009

    • 著者名/発表者名
      T.Mori, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 131

      ページ: 165103(6)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] タンパク質系のポテンシャル関数の比較と改良2009

    • 著者名/発表者名
      榮慶丈、依田隆夫、杉田有治、岡本祐幸
    • 雑誌名

      アンサンブル 11

      ページ: 8-12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generalized-ensemble algorithms for protein structure predictions2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Sakae, Y.Okamoto
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Computational & Experimental Engineering (Tech Science Press, Norcross) and Sciences 2009 (ICCES'09)

      ページ: 791-801

  • [学会発表] Molecular dynamics methods in generalized ensemble (invited)2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 学会等名
      The 239th American Chemical Society National Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, California, USA
    • 年月日
      20100321-20100325
  • [学会発表] Nagoya University and Biophysics Research2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 学会等名
      International Symposium : Fifty Years of Biophysics Research at Nagoya University
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20100312-20100314
  • [学会発表] Generalized-ensemble simulations of protein folding (invited)2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 学会等名
      The 23rd Annual Workshop of the Center for Simulational Physics : Recent Developments in Computer Simulation Studies in Condensed Matter Physics
    • 発表場所
      Athens, Georgia, USA
    • 年月日
      20100222-20100225
  • [学会発表] Generallized-ensemble algorithms for modeling of biological macromolecules2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 学会等名
      The Pacific Symposium on Biocomputing 2010
    • 発表場所
      Big Island of Hawaii, USA
    • 年月日
      20100104-20100108
  • [学会発表] Generalized-ensemble simulations in biomolecular science (invited)2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 学会等名
      The 2nd Japan-Korea Seminars on Biomolecular Sciences-Experiments and Simulations
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20091222-20091223
  • [学会発表] Generalized-ensemble simulations of bionanostructures (invited)2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 学会等名
      The 238th American Chemical Society National Meeting
    • 発表場所
      Washington, D.C., USA
    • 年月日
      20090816-20090820
  • [学会発表] 拡張アンサンブル法で探るタンパク質のフォールディングとミスフォールディング(招待講演)2009

    • 著者名/発表者名
      伊藤暁、岡本祐幸
    • 学会等名
      大阪大学蛋白質研究所セミナー「蛋白質立体構造を基盤とするプリオン現象の解明と制御」
    • 発表場所
      大阪大学、吹田
    • 年月日
      20090713-20090714
  • [学会発表] Molecular Simulations by Generalized-Ensemble Algorithms2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 学会等名
      International Symposiumm on "Reaction Dynamics of Many-Body Chemical Systems" (RDMCS2009)
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      20090622-20090624
  • [学会発表] 計算機シミュレーションによる蛋白質分子の立体構造予測(招待講演)2009

    • 著者名/発表者名
      岡本祐幸
    • 学会等名
      分子研シンポジウム
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      20090605-20090606
  • [学会発表] 揺らぎを誘起する拡張アンサンブル法によるタンパク質の折畳みシミュレーション(招待講演)2009

    • 著者名/発表者名
      岡本祐幸
    • 学会等名
      第9回日本蛋白質科学会
    • 発表場所
      熊本
    • 年月日
      20090520-20090522
  • [学会発表] 拡張アンサンブル法:状態空間の効率的なサンプリング(招待講演)2009

    • 著者名/発表者名
      岡本祐幸
    • 学会等名
      分野横断型研究会「アルゴリズムによる計算科学の融合と発展」
    • 発表場所
      筑波大学計算科学研究センター、つくば
    • 年月日
      20090422-20090423
  • [学会発表] Generalized-ensemble algorithms for protein structure predictions [Keynote Talk] (invited)2009

    • 著者名/発表者名
      Y.SaKae, Y.Okamoto
    • 学会等名
      2009 International Conference on Computational & Experimental Engineering and Sciences
    • 発表場所
      Phuket, Thailand
    • 年月日
      20090408-20090413
  • [学会発表] 拡張アンサンブル法によるナノシミュレーション~蛋白質分子の立体構造予測~(招待講演)2009

    • 著者名/発表者名
      岡本祐幸
    • 学会等名
      日本材料学会分子動力学部門委員会・北陸信越支部合同研究会「ナノスケール現象のその場観察~顕微鏡と原子シミュレーションの役割~」
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2009-07-03
  • [学会発表] Protein folding simulations and optimization of potential energy functions for protein systems (invited)2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 学会等名
      第2回Road to Ab Initio Design of Materials and Bio-Artifacts研究会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-06-25
  • [図書] "Generalized-ensemble algorithms for studying protein folding" in Water and Biomolecules (edited by K.Kuwajima, Y.Goto, F.Hirata, M.Kataoka, and M.Terazima)2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Okamoto
    • 総ページ数
      61-95(307)
    • 出版者
      Springer-Verlag

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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