実空間と逆空間で探る生体分子の集団運動と局所運動の相関

探索实空间和倒易空间中生物分子的集体运动和局部运动的相关性

基本信息

批准号：
20050008
负责人：
城地保昌
金额：
$ 2.3万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research (2009)The University of Tokyo (2008)
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

蛋白質は、基質結合、光励起などの局所的摂動に対して応答し、分子全体が集団的に構造変化し、機能する。本研究は、分子シミュレーションと、その結果から計算される散乱・分光実験データを、相補的に利用して、蛋白質の局所運動と集団運動の連携機構を明らかにすることを目的とする。平成21年度は、以下の成果を得た。1. 蛋白質の集団運動を解析する有効な手段に主成分解析(PCA)があるが、PCAにより求められた2つのモード間には高次相関がない。我々は、PCAを超える試みとして、信号処理の分野で用いられる独立部分空間解析の手法を応用し、分子シミュレーション結果から蛋白質の相関し合う運動モードを抽出する手法を開発した。この手法を、T4リゾチーム蛋白質の分子動力学計算結果に適用し、蛋白質の局所運動が、水素結合を介して集団運動に変換する過程を明らかにした。この結果は、現在専門誌へ投稿中である。2. 蛋白質の機能には、ガラス転移温度(約200K)以上で起こる蛋白質の集団的非調和運動が重要な役割を果たす。我々は、Staphylococcal nuclease蛋白質の分子動力学(MD)計算結果からテラヘルツ時間領域分光(THz-TDS)データと中性子散乱データを計算し、蛋白質の集団運動に対する水和の役割を解析した。その結果、約200K以上での水和蛋白質のTHz-TDSデータには、水和水の運動、および、蛋白質と水和水の相互相関運動の寄与が、蛋白質分子運動の寄与より大きいことが明らかになった。また、約200K以上での水和蛋白質の中性子散乱データには、水和水の集団運動の寄与が、ある散乱角方向(Q～2A^<-1>付近)に現れることが明らかになった。我々の計算結果は、通常の実験解析では無視される水和ダイナミクスの効果を含めて実験データを解析する必要があることを示す。これらの結果は、現在投稿準備中である。

蛋白质对局部扰动的反应，例如底物结合，光激发和整个分子经历集体的结构变化和功能。这项研究旨在通过使用分子模拟，散射以及互补用途的结果计算得出的分子模拟以及散射以及光谱实验数据来阐明蛋白质局部和集体运动之间的合作机制。在2009年，实现了以下结果：1。主成分分析（PCA）是分析蛋白质种群运动的有效工具，但是PCA确定的两种模式之间没有更高的相关性。为了超越PCA，我们应用了信号处理领域中使用的独立子空间分析技术，并开发了一种从分子模拟结果中提取蛋白质相关运动模式的方法。该技术应用于T4溶菌酶蛋白的分子动力学计算结果，并揭示了通过氢键转化为集体运动的局部运动的过程。结果目前已提交给专业期刊。 2。在玻璃过渡温度（约200K）或更高含量在蛋白质功能中起着重要作用的蛋白质的集体非谐作蛋白的运动。我们计算了来自葡萄球菌核酸酶蛋白的分子动力学（MD）计算结果的Terahertz时域光谱（THZ-TDS）和中子散射数据，并分析了水合对蛋白质种群运动的作用。结果，在约200k或更多的水合蛋白质的THZ-TDS数据表明，水合水运动的贡献和蛋白质和水合水的互相关运动大于蛋白质分子运动的贡献。此外，在约200 K或更多的水合蛋白质的中子散射数据表明，水合水的集体运动的贡献出现在一定的散射角方向上（大约Q-2A^<-1>）。我们的计算结果表明，必须分析实验数据，包括在普通实验分析中忽略的水合动力学的影响。这些结果目前正在准备提交。