Theoretical Studies on reactions in biological molecules

生物分子反应的理论研究

基本信息

  • 批准号:
    11166247
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.36万
  • 依托单位:
  • 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:
    1999
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1999 至 2001
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Structural data of protein-DNA complex show redundancy and flexibility in base-amino acid interactions. To understand the origin of the specificity in protein-DNA recognition, we calculated the interaction free-energy, enthalpy, entropy and minimum energy maps for AT-Asn, GC-Asn, AF-Ser and GC-Ser by means of a set of ab initio force field with extensive conformational sampling. We found that the most preferable interactions in these pairs are stabilized by hydrogen bonding, and are mainly enthalpy-driven. However, minima in the free energy maps are not necessarily the same as minimum energy map or enthalpy maps, doe to the entrppic effect The effect of entropy is important in the case of GC-Asn. Experimentally observed structures of base-amino acid within preferable regions in the calculated free energy maps, where there are many different configurations with similar energy. The full geometry optimization procedure using ab initio molecular orbital method was applied to get the optimal interaction geometries for AT-Asn, GC-Asn, AF-Ser and GC-Ser. We found that mere are various base-amino acid combinations with similar interaction energies. These results suggest that the redundancy and conformational flexibility in the base-amino acid interactions play an important role in the protein-DNA recognition.Using QM/MM method, we showed that the stable structures (local minima) of molecules in the gas phase are different from those in aqueous solution : a local minimum in the gas phase is not minimum structure in the aqueous solution. It is very important to take account of the solvent explicitly in the calculations. We analyzed how molecules change their conformations by initio MD method.
蛋白质-DNA复合体的结构数据显示了碱基-氨基酸相互作用的冗余性和灵活性。为了了解蛋白质-DNA识别特异性的来源,我们通过一组广泛的构象采样的从头算力场,计算了AT-ASN、GC-ASN、AF-Ser和GC-Ser的相互作用自由能、焓、熵和最小能量图。我们发现,在这些对中最好的相互作用是通过氢键稳定的,并且主要是由焓驱动的。然而,自由能图中的极小值不一定与最小能量图或热焓图相同,对于入口效应,在GC-ASN的情况下,熵的影响是重要的。在计算的自由能图中,实验观察到碱性氨基酸的结构在较好的区域内,其中有许多不同的构型,具有相似的能量。采用从头算全几何优化方法,得到了AT-ASN、GC-ASN、AF-Ser和GC-Ser的最佳相互作用几何构型。我们发现,光是具有相似相互作用能的各种碱基-氨基酸组合。这些结果表明,碱基-氨基酸相互作用中的冗余性和构象柔性在蛋白质-DNA识别中起着重要的作用。利用QM/MM方法,我们发现气相中分子的稳定结构(局部极小值)与水溶液中的不同:气相中的局部极小值不是水溶液中的最小结构。在计算中明确考虑溶剂是非常重要的。我们用从头算MD方法分析了分子的构象变化。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
M.Aida: "An ab initio MO study on the hydrolysis of methyl chloride"Journal of Molecular Structure (Theochem). 461-462. 417-427 (1999)
M.Aida:“氯甲烷水解的从头开始 MO 研究”分子结构杂志 (Theochem)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Misako Aida: "Critical Assessment of the Hybrid QM/MM-pol-vib Approach : Small water clusters using polarizable flexible water potentials"International Journal of Quantum Chemistry. 77. 199-210 (2000)
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  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
H.Yamataka: "Analysis of borderline substitution/electron transfer pathways from direct ab initio MD Simulations"Chemical Physics Letters. 353. 310-316 (2002)
H.Yamataka:“从直接从头开始MD模拟对边界取代/电子转移途径的分析”化学物理快报。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M.Aida: "Ab initio MD simulations of a prototype of methyl chloride hydrolysis with explicit consideration of three water molecules : a comparison of MD trajectories with the IRC path"Theoretical Chemistry Accounts. 102. 262-271 (1999)
M.Aida:“从头开始 MD 模拟氯甲烷水解原型,明确考虑三个水分子:MD 轨迹与 IRC 路径的比较”理论化学帐户。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Yoshida: "Evaluation of free energy landscape for base-amino acid interactions using ab initio force field and extensive sampling"Biopolymers. (in press).
T.Yoshida:“使用从头算力场和广泛采样来评估碱基-氨基酸相互作用的自由能景观”生物聚合物。
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  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
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AIDA Misako其他文献

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知道了