蛋白質の分子進化に関するエネルギー準位統計を用いたペプチドの網羅的解析

利用有关蛋白质分子进化的能级统计对肽进行综合分析

• 批准号: 19K21857
• 负责人: 山中 雅則
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-06-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K21857/
• 关键词: エネルギー準位統計; 密度汎関数法; ランダム行列理論; 量子分子進化; 準位統計; 分子動力学; 量子化学計算; 確率論的化学反応論; 分子進化; 蛋白質

トリペプチドに関する分子動力学と量子化学計算を実行し、電子状態の網羅的な解析を行なった。特にエネルギー準位統計を定量的に解析した。水媒質中のトリペプチドの立体構造を分子動力学法によりサンプリングを行い、熱運動等の動的情報を含む立体構造のライブラリを作成した。これらの異なる立体構造毎に第一原理的な量子化学計算を実行し、分子軌道とそのエネルギーを数値的に計算した。これらの情報からアンフォールディングされたエネルギー間隔を計算し、個々のトリペプチドについて準位統計を求めた。計算が終了したトリペプチドは、分子量の小さい方から約200種類である。これらの物質についても、最高非占有軌道以上のエネルギーについては臨界準位統計となり、最低占有軌道以下のエネルギーについては、アミノ酸単体やジペプチドよりも統計分布が滑らかになるものの、依然として分子種に大きく依存する準位統計を得た。これらの計算が終了したトリペプチドの範囲内ではガウス型直交集団に近い臨界準位統計であることが結論された。アミノ酸、ジペプチドの大半、低分子量のトリペプチドの計算には関数系cc-pVQZを用いていたが、トリペプチドよりも分子量の大きいオリゴペプチドでは計算ができなくなる。計算コストのかからない関数系を網羅的に試すことにより、準位統計の関数系の依存性を検討した。高分子のエネルギー準位統計の比較対象として、炭化水素鎖についても上記と全く同じ手順によりエネルギー準位統計を計算した。炭化水素鎖の伸長とともに、準位統計がガウス型直交集団に近い臨界統計からポアソン統計に近い臨界統計へ漸近するという結果を得た。この振る舞いは、計算が終了したオリゴペプチドとは異なっている。オリゴペプチドについても残基数の増加とともに統計性が変化する可能性が示唆される。

进行三肽的分子动力学和量子化学计算，并对电子态进行了全面分析。特别是，对能级统计数据进行了定量分析。使用分子动力学对水培养基中三维结构进行了三维结构，并创建了包含动态信息（例如热运动）的三维结构的库。对这些不同的三维结构中的每一个进行了第一原理量子化学计算，并通过数值计算分子轨道及其能量。从这些信息中，计算出展开的能量间隔，并确定每个三肽的水平统计。完成计算的三肽的数量大约为200个分子量。对于这些物质，高于最高无占轨道的能量的统计分布比单独的氨基酸或二肽的最低轨道比最低的轨道更光滑，但是获得了仍然严重依赖于分子物质的水平统计数据。结论是，在完成这些计算的三肽范围内，临界水平统计数据接近高斯正交种群。功能系统CC-PVQZ用于计算大多数氨基酸，二肽和低分子量三肽，但是计算不能用比三肽更大的分子量的寡肽进行计算。通过全面检查不影响计算成本的功能系统，我们研究了功能系统在级别统计中的依赖性。为了比较聚合物的能级统计，还使用与上述完全相同的过程计算了烃链的能级统计。随着碳氢化合物链的扩展，水平统计数据从接近高斯正交种群的关键统计数据渐近到接近泊松统计的关键统计数据。这种行为与已完成的寡肽不同。有人认为，寡肽的统计性也可能随着残基数量的增加而改变。

项目成果

Energy level statistics of dipeptides and molecular evolution

二肽的能级统计和分子进化

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Verseils;P. Hemme;D. Bounoua;R. Cervasio;J-B. Brubach;S. Houver;Y. Gallais;A. Sacuto;D. Colson;T. Iijima;M. Mochizuki;P. Roy;and M. Cazayous;山中雅則
• 通讯作者: 山中雅則

Molecular evolution of protein and electronic state of peptide

蛋白质的分子进化和肽的电子态

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Nakashima;Y. Fuchiwaki;N. Happo;K. Kimura;Y. Yamamoto;R. Matsumoto;K. Hayashi;and H. Fujisawa;Masanori Yamanaka
• 通讯作者: Masanori Yamanaka

蛋白質の分子進化とエネルギー準位統計

蛋白质分子进化和能级统计

• 发表时间: 2022
• 作者: Shota Norimoto;Shuichi Iwakiri;Masahiko Yokoi;Tomonori Arakawa;Yasuhiro Niimi;and Kensuke Kobayashi;山中雅則
• 通讯作者: 山中雅則

分子進化とアミノ酸のエネルギー準位統計

氨基酸的分子进化和能级统计

• 发表时间: 2023
• 作者: Kiriki Shin;Li Xiaolong;Nakano Yushi;Soma Teruhiko;山中雅則
• 通讯作者: 山中雅則

アミノ酸とジペプチドのエネルギー準位統計とタンパク質の分子進化

氨基酸和二肽的能级统计以及蛋白质的分子进化

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Kuwata;H. Kotegawa;H. Tou;H. Harima;Q.-P. Ding;K. Takeda;J. Hayashi;E. Matsuoka;H. Sugawara;T. Sakurai;H. Ohta;Y. Furukawa;山中雅則
• 通讯作者: 山中雅則