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分子ポテンシャル理論に基づく筋収縮運動シミュレーション

基于分子势理论的肌肉收缩运动模拟

基本信息

批准号：
05221223
负责人：
仲町英治
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

筋収縮運動の発現メカニズムの解明のために以下の2点に関する数値解析を行った.(1)原子レベルの解析:1990年にNatureに公表されたHolmesらによるアクチン分子の3次元結晶構造実験観測データ,およびPDB(Protein Data Bank)に登録されているATPの3次元分子構造データを用いて分子力学・分子動力学計算を行った.まず,生体中に近い環境条件下を想定して水分子を配置し,つぎに3次元分子構造-コンフォーメーション:配座-を決定するためのポテンシャルエネルギ極小化探索,つまり緩和計算を行った.さらに,得られた3次元座標を用いて基準振動解析を行い,ゆらぎ特性と体積圧縮率を原子ごとに求めた.ここでの配座エネルギー極小座標決定にはタンパク質の分子力学計算プログラム“AMBER"を利用する.この場合にアクチンフィラメントへと構造形成する際に必要となるATPが欠落した場合,アミノ酸残基の主鎖切断が生じた場合との比較によって正常なアクチンが最もゆらぎの程度が大きく,圧縮率も大きい,つまり柔らかいことが分かった.このことは配座の変化が生じ易く,収縮運動機能が大きいことを意味しているといえる.つぎに,筋収縮運動の素過程としてのアクトミオシン相対滑り運動を律するATP分子の分子構造解析および分子動力学解析を行った.筋収縮を誘起するATP加水分解においてはマグネシウムイオンの存在が必要とされている。ここでは,マグネシウムイオンが存在しない場合には“りん"が消失し,運動機能が著しく損なわれることを確認した.(2)アクトミオシン分子単位の解析:アクチンおよびミオシン分子単位で定義された分子ポテンシャル理論に基づいてそれらの分子集合組織としてのサルコメアの収縮運動の解析を行った.神経終板への刺激からカルシウムイオンの増加,さらにはATP加水分解の発生という生化学反応プロセスに関する数値モデルの提案を行った.カエルの半腱筋を用いた電気刺激・等尺収縮実験結果とサルコメア単位の数値解析結果との比較を行い,興奮収縮連関の数値解析がかなりの精度で可能であることを示した.

The numerical analysis related to the following two points is carried out during the explanation of the occurrence menu of muscle contraction motion. (1)Atomic and molecular structure analysis:1990 Nature, Holmes, 3D crystal structure of ATP molecules, PDB(Protein Data Bank), 3D molecular structure of ATP, molecular mechanics and molecular dynamics calculations. In vivo, under the near environmental conditions, the configuration of water molecules should be determined, and the three-dimensional molecular structure should be determined. The optimization of water molecules should be explored, and the mitigation calculation should be carried out. In this paper, we obtain the three-dimensional coordinate system, which is used to analyze the fundamental vibration. The molecular mechanics calculation program "AMBER" is used to determine the minimum coordinates of the coordinate system. In this case, ATP is necessary when the structure is formed. In this case, ATP is insufficient. In this case, the main lock of acid residue is broken. In this case, the degree of normal failure is greater. In this case, the compression ratio is greater. In this case, ATP is insufficient. The function of contraction movement is to change the shape of the seat. The molecular structure analysis and molecular dynamics analysis of ATP molecule are carried out in the elementary process of muscle contraction motion. The existence of ATP hydrolysis is necessary for the production of ATP. When it comes to sports, it is impossible to recognize the sports function. (2)Analysis of molecular units: definition of molecular units, basic theory, organization of molecular assemblies, analysis of molecular movements, etc. Stimulation of the nervous end-plate increases, and the number of values associated with ATP hydrolysis and biochemical reactions increases. The results of numerical analysis of semitendinosus tendon in the middle of the excitation and contraction process are compared with the results of numerical analysis of semitendinosus tendon in the middle of the excitation and contraction process.