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多くの機能性タンパク質は、複数の化学現象を相関させる機能共役性を有する。これらの顕著な性質は、タンパク質分子に特徴的な分子構造ダイナミクスに大きく関係していると考えられる。そこで、タンパク質の機能共役性を分子論的に理解するために、機能に関わる化学反応過程とタンパク質の大域的構造変化の相関を直接解析することが出来る独自の分子シミュレーションの手法である QM/MM RWFE-SCF 法を用いて、光遺伝学で用いられる光感受性イオン輸送体ホモログタンパク質やタンパク質酵素との比較を与えるリボザイムの酵素活性に関する理論的解析を行い、酵素の新機能開発に向けた原子レベルからの理解を得ることを目的とする。本年度は以下の成果を得た。
１．光感受性アニオンチャネル GtACR1 に関して、生化学実験が行われている複数の変異体についてQM/MM RWFE-SCF 法を用いた自由エネルギー構造最適化計算、および MD 計算を行うことにより、タンパク質やイオン結合構造の安定性を検討した。また、多配置摂動法を用いた電子励起状態計算を行うことにより、変異体導入による吸収波長変化の計算を行い、変異体構造の妥当性を検討した。
２．ハンマーヘッドリボザイムに関して、分子シミュレーションにおけるマグネシウムイオン濃度の検討を行った。これまでの予備的計算により、RNA に配位する複数のマグネシウムイオンが構造安定性や酵素活性に大きく寄与をする可能性が示唆された。そのため、正確なマグネシウムイオン配位構造を得るために、系中のマグネシウムイオン数を変化させ正しい水和濃度を与えるマグネシウムイオン数を決定した。また、QM 領域に含める水分子の数を検討し、適切な QM-MM 境界となる QM/MM 系の構築を行った。
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