タンパク質立体構造形成に及ぼす溶媒効果の分子論的解明

溶剂对蛋白质 3D 结构形成影响的分子阐明

• 批准号: 15076203
• 负责人: 木下 正弘
• 金额: $ 26.69万
• 依托单位: Kyoto 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15076203/
• 关键词: 疎水性; 水和エントロピー; 蛋白質; 圧力変性; 排除容積; 並進運動; 自由エネルギー関数; 立体構造予測; 水和; 自由エネルギー; 積分方程式論; バイオインフォマティクス; ドラッグデザイン; エントロピー; エンタルピー; 水; 並進エントロピー; DNA; 構造転移; アミノ酸配列; 天然構造; 蛋白質フォールディング; 構造エントロピー; 分子内水素結合; 分子認識; 生命現象; 蛋白質分子; アミロイド繊維; 並進のエントロピー /

「疎水性」の分子起源を分子性流体用積分方程式論に基づいて解析した。メタンのような疎水性溶質の溶解度が70-80℃で最小値をとるという挙動は,適当にモデル化した単純溶媒でも再現できる。水の特性の多くは,水素結合そのものや回転運動などにあるのではなく,小さな分子サイズと強い引力相互作用にある。溶質近傍における水分子間水素結合の強化(構造化)は,極めて低温で大きな溶質の場合を除けば,それによるエントロピー損失がエンタルピー利得を大きく上回るために好ましくない。蛋白質は,高圧下では,水のエントロピーを増加させるために,内部に水分子が1分子層程度侵入したようなスウェリング構造に変性する。蛋白質の水和エントロピーを(1)蛋白質-水間の2体相関レベルの水和エントロピーのうち,排除容積EVに依存する成分(朝倉-大沢理論で計算した水和エントロピー),(2)それのうち,EV以外に依存する成分,(3)蛋白質-水-水間の3体相関レベルおよび多体相関レベルの水和エントロピーに分解して解析した。さらに,(2)と(3)の各々を水分子の並進運動の制限からの寄与と回転運動の制限からの寄与に分解した。その結果,高圧下で変性した場合に水のエントロピーが増加する原因は,(3)の並進運動の制限からの寄与にあることが分かった。(1)と(2)においてはいずれも損をする。内部に浸透した水分子の並進運動と回転運動はより制限されるものの,蛋白質外部における水分子の混み合いが大きく緩和されるのである。分子性流体用積分方程式論と形態熱力学を統合した独特の理論を用いて,蛋白質の水和の熱力学量を高精度でかつ高速で計算できる新しいアプローチを開発した。このアプローチに基づいて構築した自由エネルギー関数を用いて,合計15種類の蛋白質に対し,各々天然構造と600-700通りのデコイ(偽物)構造の中から天然構造を射当てることに成功した。

"Youdaoplaceholder0 water-based" 疎 molecular origin を Molecular fluid theory by integral equation に basis づ て て analysis of た た. メ タ ン の よ う な 疎 water-based solute solubility が の 70-80 ℃ で minimum numerical を と る と い う 挙 は, appropriate に モ デ ル change し た 単 pure solvent で も reappearance で き る. Water の characteristics の く は, water element combination そ の も の や back planning movement な ど に あ る の で は な く, small さ な molecular サ イ ズ と い strong gravitational interactions に あ る. Solute near alongside に お け る water element combination between water molecules (construct) は の aggrandizement, extremely め て cryogenic で big き な solute の occasions を except け ば, そ れ に よ る エ ン ト ロ ピ ー loss が エ ン タ ル ピ ー big gains を き く last time る た め に good ま し く な い. Protein は, high 圧 で は, water の エ ン ト ロ ピ ー を raised plus さ せ る た め に, internal が に water molecules 1 degree of molecular layer intrusion し た よ う な ス ウ ェ リ ン グ tectonic に - sex す る. Protein の water and エ ン ト ロ ピ ー を の between (1) protein and water phase 2 body masato レ ベ ル の water and エ ン ト ロ ピ ー の う ち, excluded volume EV に dependent す る composition (the warehouse - ohsawa theory で し た water and エ ン ト ロ ピ ー), (2) そ れ の う ち, EV outside に dependent す る ingredients, (3) protein - water - water の 3 body between phase masato レ ベ ル お Youdaoplaceholder0 multibody phase relationship レベ て <s:1> <s:1> water and エ トロピ に に decomposition て analysis た. と さ ら に, (2) (3) の each 々 の を water molecules in hand movement the limitations の か ら の and と mail to planning movement the limitations の か ら の send に decomposition し た. そ の results, high 圧 で - sex し た occasions に water の エ ン ト ロ ピ ー が raised plus す は る reasons, (3) the limitations の in hand movement の か ら の send に あ る こ と が points か っ た. (1)と(2)にお て ずれ ずれ loss をする. Internal に soak し の た water molecules in hand movement と back to planning は よ limitations り さ れ る も の の, protein external に お け の mix み る water molecules or い が big き く ease さ れ る の で あ る. Molecular sexual fluid with thermodynamic を と form integral equation theory integration し た を の theory with unique い て, protein の の and water quantity を high-precision で か つ で high-speed computing で き る new し い ア プ ロ ー チ を open 発 し た. こ の ア プ ロ ー チ に base づ い て build し た free エ ネ ル ギ ー masato number を with い て, 15 kinds の protein に し seaborne, 600-700 the 々 natural structure と り の デ コ イ (pseudo) structure in の か ら natural structure を shot when て る こ と に successful し た.

项目成果

生命現象発現における水分子の並進運動の重要性

水分子平移运动在生物现象表达中的重要性

• 期刊: 生物物理(総説) (印刷中)
• 作者: 木下正弘;原野雄一
• 通讯作者: 原野雄一

Masahiro Kinoshita (分担執筆): "Molecular Theory of Solvation"Kluwer Academic Publishers. 68 (2003)

Masahiro Kinoshita（撰稿人）：《溶剂化的分子理论》Kluwer 学术出版社 68 (2003)。

Roles of entropic excluded-volume effects in colloidal and biological systems: Analyses using the three-dimensional integral equation theory

• DOI: 10.1016/j.ces.2004.02.023
• 发表时间: 2006-04-01
• 期刊: CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE
• 影响因子: 4.7
• 作者: Kinoshita, M

Hydration Free Energy of Hard-Sphere Solute over a Wide Range of Size Studied by Various Types of Solution Theories.

通过各种类型的溶液理论研究了各种尺寸的硬球溶质的水合自由能。

• 发表时间: 2007
• 期刊: Condensed Matter Physics 10
• 作者: Matubayasi;N.;Kinoshita;M. & Nakahara;M
• 通讯作者: M

Novel Scoring Function for Discriminating the Native Fold of a Protein from Misfolded Decoys

用于区分蛋白质天然折叠和错误折叠诱饵的新颖评分功能

• 发表时间: 2008
• 作者: Y. Harano;T. Yoshidome;K. Oda;R. Roth;Y. Sugita;M. Ikeguchi;and M. Kinoshita
• 通讯作者: and M. Kinoshita