新最適化アルゴリズムによるタンパク質の折れたたみの研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08272234
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 岡本 祐幸 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助教授 (70185487)
• 研究分担者: 中沢 隆 奈良女子大学, 理学部, 助教授 (30175492)
• キーワード: タンパク質の主体構造 / 最適化 / モンテカルロ法 / 分子動力学法 / 徐冷法 / マルチカノニカル法 / 拡張アンサンブル法 / 核酸

研究概要

我々はこれまで、タンパク質の立体構造予測問題に、物理学の分野で開発された、徐冷モンテカルロ法やマルチカノニカル法適用することを提唱してきた。徐冷法ではモンテカルロ法とともに、分子動力学法でのシミュレーションが簡単に実現できるが、マルチカノニカル法の分子動力学法版は単純ではない。タンパク質の分野では、モンテカルロ法よりも分子動力学法が使われることが多いので、これは重要な問題である。よって、本年度は、まずマルチカノニカル分子動力学法を開発した。更には、ランジバン法及びハイブリッド法のマルチカノニカル法版も同時に開発した。これら3つの方法の有効性を調べた結果、ハイブリッド法が一番有効なことが示された。
更に、アミノ酸数56のタンパク質ProteinGのシミュレーションを継続した。このタンパク質のX線回析実験によって得られた構造は1本のαヘリックスと4本のβストランドからなる1枚のβシート構造を持っている。昨年までは徐冷法によるシミュレーションを行ってきたが、本年度は1/k法によるシミュレーションを行った。初期構造は、徐冷法の時と同じく、完全にランダムな構造を採用した。この計算において、最小エネルギー構造がX線回析実験で得られた構造と同じ位置にαヘリックスを持つことで示した。また、このシミュレーションの結果から任意の温度のカノニカル分布が再現できるが、それから、%αヘリックス度と%βストランド度を残基番号の関数として計算した結果、X線実験で得られた構造と同じ位置にヘリックスやストランドができやすいという結果が得られた。

研究成果

• [文献書誌] U.Hansmann,Y.Okamoto,and F.Eisonmanger: "Molecular dynamics,Langerin,and hybrid Monte Carlo simulations in multicanonical ensemble" Chemical Physics Letters. 259. 321-330 (1996)
• [文献書誌] U.Hansmann,and Y.Okamoto: "Monte Carlo simurations in generalized ensemble : multicanonical algorithm review simulated temporing" Physical Review E. 54. 5863-5865 (1996)
• [文献書誌] U.Hansmann,and Y.Okamoto: "Numerical comparisons of three recently proposed algorithms in the protein folding problem" Journal of Computational Chemistry. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] M.Kinoshita,Y.Okamoto,and F.Hirata: "Calculation of hydration free energy for a solute with many atomic sites using the RISM theory ; robust and efficient Algorithm" Journal of Computational Chemistry. (印刷中). (1997)