Molecular mechanism of how antifreeze glycoproteins adsorb to ice

今年度は、不凍糖タンパク質と同様に柔軟性を持つ高分子PVCL（ガスハイドレートに吸着）に注目し、添加物（共溶媒）濃度に対する高分子構造の安定性を調べ、以下の点を明らかにした。まず、実験（有限濃度）で確認されているPVCLの共貧溶媒効果のアルコール種依存性（エタノール以上のアルコールでのみ発現）を分子シミュレーションで再現した。無限希薄条件（3万分子溶媒中の50-mer）においてアルコール濃度増加に伴いPVCLのコイルーグロビュールーコイル転移が確認できた。次に、このアルコール濃度に対する高分子の振る舞いがモノマー単位の有効相互作用の変化に帰着できる事を明らかにした。同時に、共貧溶媒効果が最も高まる濃度では、モノマー同士の接触距離の2倍以上の長距離から有効引力が働く事を見つけ、溶媒和構造解析によりモノマー間にアルコールが橋渡し構造を作ることが長距離引力の原因である事を明らかにした。さらに、溶媒和構造だけでなく、バルク領域の水ーアルコールの濃度揺らぎがモノマー間の引力に与える影響について調べた。研究期間全体を通して、幾つかの不凍タンパク質の氷吸着時と吸着前の水中での振る舞いについて分子シミュレーションを用いて明らかにした：（１）珪藻のfcIBPは氷格子に類似した構造秩序を分子表面に持たないが、氷との間に水と氷の中間の水構造（動的にも遅い）を形成する事で、氷のベーサル面とプリズム面に吸着できる。（２）昆虫のRiAFPは広い疎水面を持つにもかかわらず水中で2量化せず氷吸着機能を保持する。その理由はRiAFP間に氷状の構造を形成しないと2量化できないがその自由エネルギーバリアは高く、常温では越えられないためである。（３）ガスハイドレート形成の阻害剤であるPVCLに注目し、温度・共溶媒濃度に対する水中での構造安定性とその起源を疎水性相互作用、選択的溶媒和、水和構造の観点から明らかにした

今年度は、不凍糖タンパク質と同様に柔軟性を持つ高分子PVCL（ガスハイドレートに吸着）に注目し、添加物（共溶媒）濃度に対する高分子構造の安定性を調べ、以下の点を明らかにした。まず、実験（有限濃度）で確認されているPVCLの共貧溶媒効果のアルコール種依存性（エタノール以上のアルコールでのみ発現）を分子シミュレーションで再現した。無限希薄条件（3万分子溶媒中の50-mer）においてアルコール濃度増加に伴いPVCLのコイルーグロビュールーコイル転移が確認できた。次に、このアルコール濃度に対する高分子の振る舞いがモノマー単位の有効相互作用の変化に帰着できる事を明らかにした。同時に、共貧溶媒効果が最も高まる濃度では、モノマー同士の接触距離の2倍以上の長距離から有効引力が働く事を見つけ、溶媒和構造解析によりモノマー間にアルコールが橋渡し構造を作ることが長距離引力の原因である事を明らかにした。さらに、溶媒和構造だけでなく、バルク領域の水ーアルコールの濃度揺らぎがモノマー間の引力に与える影響について調べた。研究期間全体を通して、幾つかの不凍タンパク質の氷吸着時と吸着前の水中での振る舞いについて分子シミュレーションを用いて明らかにした：（１）珪藻のfcIBPは氷格子に類似した構造秩序を分子表面に持たないが、氷との間に水と氷の中間の水構造（動的にも遅い）を形成する事で、氷のベーサル面とプリズム面に吸着できる。（２）昆虫のRiAFPは広い疎水面を持つにもかかわらず水中で2量化せず氷吸着機能を保持する。その理由はRiAFP間に氷状の構造を形成しないと2量化できないがその自由エネルギーバリアは高く、常温では越えられないためである。（３）ガスハイドレート形成の阻害剤であるPVCLに注目し、温度・共溶媒濃度に対する水中での構造安定性とその起源を疎水性相互作用、選択的溶媒和、水和構造の観点から明らかにした