核酸と蛋白質の特異的認識反応に関する量子化学および分子動力学による研究

利用量子化学和分子动力学研究核酸和蛋白质之间的特异性识别反应

• 批准号: 06219228
• 负责人: 相田 美砂子
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: National Cancer Center Research Institute and Research Center for Innovative Oncology, National Cancer Center Hospital East
• 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: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06219228/
• 关键词: 非経験的分子軌道法; 分子動力学; 量子化学; 核酸; 蛋白質; 糖; 水素結合; 水和

生体高分子間の特異的認識作用は、水素結合やイオン結合によって担われている。生体高分子間の認識反応をシミュレートする際には、用いるポテンシャルがこのような水素結合による系の安定化を表現できることがまず第一に重要である。そこで、これまでに生体高分子の構成分子間の非経験的分子軌道法による量子化学計算だけに基づいて導出したab initio potentialが、蛋白質の荷電側鎖間の相互作用をどの程度良く表現できるのかについての検討をおこなった。その結果、非経験的分子軌道法によって得られる相互作用の距離依存性や角度依存性をかなり良く再現することが分かった。すなわち、ab initio potentialによる計算は、蛋白質の荷電側鎖間の構造を良く表現することができる。非経験的分子軌道法計算を生体高分子の相互作用系の動的な性質を得るためにそのまま適用することは計算時間が非常にかかりすぎるために事実上できないが、その代わりにこのab initio potentialを用いて系の動的な性質の解析を信頼できる精度ででることを、本研究の結果は示している。生体においては、多くの場合、生体高分子は水分子の存在を無視した状態では存在しえない。水溶液中における生体高分子の構造を知ることが、生体における分子間の特異的相互作用を理解する上で重要である。水溶液中における糖の高次構造を求めるために、ab initio potentialを用いて水分子を顕に考慮した分子動力学法による計算を適用した。その結果、水分子が糖と直接水素結合を形成し、そのために、水溶液中における糖の高次構造やその変化のしやすさが真空中とは大きく異なることを明らかにした。

The specific recognition of biological polymers is due to the combination of water and nitrogen. The first important aspect of polymer interaction is its ability to bind water to organic molecules. The molecular orbital method for molecular structure of living polymers is based on quantum chemical calculations, and the interaction between charged molecules of proteins is well represented. The results of the non-orbital molecular orbital method are obtained by the distance dependence and angle dependence of the interaction. The calculation of ab initio potential and the structure of charged side locks of proteins are well represented. The results of this study are shown in detail in the paper. In many cases, biological polymers do not exist in the presence of water molecules. It is important to understand the structure of living polymers in aqueous solutions and the specific interactions between living molecules. The molecular dynamics method is applicable to the calculation of higher-order structure of sugar in aqueous solution. As a result, water molecules combine directly with water to form sugar molecules in aqueous solutions.

项目成果

M.Aida,Y.Sugawara,S.Oikawa and K.Umemoto: "Structural fluctuation of methyl N,N′-diacetyl-β-D-chitobioside in Vacuo and in aqueous solution:Molecular dynamics simulations and proton NMR spectroscopy" International Journal of Biological Macromolecules. (in

M.Aida、Y.Sukawara、S.Oikawa 和 K.Umemoto：“真空和水溶液中甲基 N,N-二乙酰基-β-D-壳二糖苷的结构波动：分子动力学模拟和质子核磁共振波谱”国际期刊生物大分子。

M.Aida,M.Kaneko and M.Dupuis: "An ab initio MO study on thymine dimer and its radical cation" International Journal of Quantum Chemistry. (in press).

M.Aida、M.Kaneko 和 M.Dupuis：“胸腺嘧啶二聚体及其自由基阳离子的从头开始 MO 研究”国际量子化学杂志。

M.Aida: "Theoretical studies on specific interacrions between biological molecules:Interaction of cationic arginine with anionic glutamic acid" Journal of Molecular Structure(Theochem). 311. 45-53 (1994)

M.Aida：“生物分子之间特定相互作用的理论研究：阳离子精氨酸与阴离子谷氨酸的相互作用”分子结构杂志（Theochem）。