蛋白質の安定性・折れたたみ機構における水・変性剤の分子メカニズム

水和变性剂在蛋白质稳定性和折叠机制中的分子机制

• 批准号: 10157203
• 负责人: 池口 満徳
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10157203/
• 关键词: 疎水効果; 疎水性相互作用; 変性剤; 尿素; 分子シミュレーション; 分子動力学法; 大規模並列計算機; 並列計算環境

本研究では,蛋白質の安定性・折れたたみ機構において,特に水や変性剤のもたらす溶媒効果に焦点をあて,コンピュータシミュレーションにより,その分子メカニズムを解明することを目的とした.そのために,(1)これからのスーパーコンピュータの潮流である超並列スーパーコンピュータ用の分子シミュレーションソフトウエアの開発,(2)溶媒効果,とくに,統計力学的扱いが要求される疎水効果理論の構築,(3)変性剤を導入した分子シミュレーションによる変性剤効果の解明を行った.本研究では,通信最適化や負荷分散を効率的に行えるプログラミング環境Parsleyを開発し,それを生体高分子シミュレーション(XYZ系:MARBLE,二面角系:NORMA)に応用した.XYZ系,二面角系とも,本研究により新たな並列化方式が開発された.また,分子動力学ソフトウエアMARBLEは新たに開発したもので,長距離クーロン相互作用をカットオフなしに扱うことのできるFast Multipole Methodなど,近年の分子シミュレーションの最新技術を導入したものとなっている.以上のシミュレーション技術を用い,疎水効果の物理的起源を検討した.疎水効果の起源では,従来,相対立する水の構造化説と排除体積効果説が提唱されていた.本研究では,以上の2つの対立する説を統合的に理解する理論を構築し,疎水効果の起源を明らかにした.さらに,以上の理論を変性剤(尿素)を導入した系に適用し,変性剤が疎水効果をどう変化させるかを解析した.疎水効果の自由エネルギーは,空孔生成項と溶質-溶媒の分散力項からなるが,尿素は,空孔生成項に対しては疎水効果を強め,分散力項では疎水効果を弱めることがわかった.全体として尿素の効果は,2つの項が微妙なバランスを持って疎水効果に影響していることがわかった.

This study is aimed at clarifying the stability of proteins, especially in aqueous solutions. In this paper, the author discusses the following problems: (1) the development of molecular solution for solvent,(2) the construction of theory of solvent,(3) the introduction of molecular solution for variable agent. In this study, communication optimization and load dispersion efficiency were studied. The results showed that the application of organic polymer systems (XYZ systems:MARBLE, dihedral systems:NORMA) in communication optimization and load dispersion efficiency were developed. The molecular dynamics software is a new development, the long distance interaction, the Fast Multipole Method, and the latest technology of molecular dynamics in recent years are introduced. In the application of the above technology, the physical origin of water effect is discussed. The origin of the water effect is opposite to that of the structure of the water effect. This study aims to establish a theoretical framework for the integration of the above two theories, and to clarify the origin of water effects. The above theory is applicable to the application of the theory, and the theory is applied to the analysis of the theory. The void generation term and the solute-solvent dispersion term are opposite to each other. The void generation term is opposite to each other. All of these effects are due to the fact that 2 of the subtleties are due to the influence of water effects.

项目成果

Mitsunori Ikeguchi: "Calculation of Temperature Dependence of Free Energy caused by Potential Function Changes" Chemical Physics Letters. 288. 333-337 (1998)

Mitsunori Ikeguchi：“由潜在功能变化引起的自由能温度依赖性的计算”化学物理快报。