2014 Fiscal Year Annual Research Report
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25291034
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
林 重彦 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70402758)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ハイブリッド QM/MM 法 / 分子動力学シミュレーション / G タンパク質 / モータータンパク質 / 光受容タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は QM/MM RWFE-SCF 法と MD 法を用いて、Ras-GAP GTPase タンパク質複合体と F1-ATPase のヌクレオチド加水分解反応の触媒活性、及び Rh 光受容体タンパク質の中間状態の解析とモデリングを行った。また、QM/MM RWFE-SCF 法における QM-MM 相互作用の改良を行った。以下のそれぞれの詳細を述べる。
Ras-GAP の GTP 加水分解反応の分子機構 前年度までに QM/MM RWFE-SCF 自由エネルギー構造最適化計算で得られた反応始状態、遷移状態、及び終状態、またそれらの状態間を、自由エネルギー摂動法を用いて繋いだ MD 計算の最終構造を出発構造として、長時間の MD シミュレーションを行うことにより、それらの状態の安定性及び再現性を確認した。また、反応活性を大きく変調することが実験的に知られている変異体に対して、QM/MM RWFE-SCF 法を用いて、自由エネルギー構造最適化計算を行った。
F1-ATPase の ATP 加水分解反応の分子機構 前年度に引き続き QM/MM RWFE-SCF 法を用いて反応の始状態の構造最適化を行った。また、リン酸結合サイトの結合状態により、タンパク質の大きな構造変化が予想されるため、これまでのリン酸脱離状態に加えて、リン酸結合状態の構造最適化も開始した。
Rhの中間状態の解析とモデリング 前年度に行った Lumi 状態の構造モデルに対して、QM/MM RWFE-SCF 法を用いて光励起エネルギー計算及び分子振動解析を行った。その結果、計算値は実験の傾向を良く再現し、実験の背後にある分子的な描像を明らかにした。さらに、Meta-I 状態に対しても QM/MM RWFE-SCF 法を用いてモデリングを行った。
QM-MM 相互作用の改良 QM-MM 相互作用の統計性を改良するため、QM 分子を剛体として MD 計算を行うプログラムを開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請書に記載の計画に対して、概ね順調な成果が得られている。Ras-GAP 複合体については、天然タンパク質のシミュレーション及びデータの解析はほぼ終わっており、大きな成果が得られている。変異体の計算についても、順調に進行している。F1-ATPase に関しては、自由エネルギー構造最適化がなかなか収束しないが、構造変化は収まってきており、収束が近いことが伺える。Rh に関しても、Lumi 状態の重要な知見が得られており、順調に成果を達成している。QM-MM 相互作用の改良については、リゾチームに対して pKa 計算への適用を行ったところ、QM 領域として取り扱っているカルボン酸側鎖の並進回転運動が重要である可能性が出てきたため、それを剛体として取り扱う MD プログラムの開発を行った。プログラムはほぼ完成しており、pKa 計算の改良が見込まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ras-GAP 複合体に対しては、変異体の計算が完了の後、論文にまとめる。F1-ATPase に関しては、QM/MM RWFE-SCF 計算を推し進め、自由エネルギー最適化構造を得る。Rh に関しては、Meta-I の構造モデリング及び解析を完了し、論文にまとめる。QM-MM 相互作用の改良に関しては、剛体の MD プログラムに多極子相互作用のルーチンを加え、pKa 計算を行う。
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| Causes of Carryover |
年度末にデータバックアップ用のハードディスクの購入を予定していたが、若干、計算が遅れ、その時点では必要ではなくなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
計算は進んでおり、データバックアップ用のハードディスクを購入する。
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