レプリカ交換法による蛋白質立体構造予測法の開発

使用复制交换法开发蛋白质结构预测方法

• 批准号: 12208047
• 负责人: 杉田 有治
• 金额: --
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (C)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12208047/
• 关键词: 蛋白質折れ畳み問題; 分子シミュレーション法; 拡張アンサンブル法; マルチカノニカル法; レプリカ交換法

ランダムコイル状態から天然状態への蛋白質の折れ畳み過程を解析するためには、広い蛋白質の構造空間を効率良くサンプルする必要がある。このためにはエネルギー空間をランダムウォークすることにより、効率的な構造サンプリングを可能とする拡張アンサンブル法に基づくシミュレーションが有効である。しかし、従来提案されていた拡張アンサンブル法は、事前に重み関数を求める必要があり、蛋白質-水系のような複雑な系への適用は困難であった。本研究では、従来提案されていた2つの拡張アンサンブル法(マルチカノニカル法、レプリカ交換法)、および自由エネルギー変化を計算するために開発された手法(アンブレラサンプリング法)を組み合わせることにより3つの新しい計算手法(レプリカ交換マルチカノニカル法、マルチカノニカルレプリカ交換法、レプリカ交換アンブレラサンプリング法)を開発した。いくつかの短いペプチドの分子動力学計算を行うことにより、これらの手法は、従来の計算手法と比較して実行が容易でかつ効率の良い計算手法であること示した。また、レプリカ交換法と量子化学計算を組み合わせることに初めて成功し、この手法の応用性の高さを示した。本研究で開発した計算手法は、複雑なエネルギー曲面を持つあらゆる問題に適用可能な一般的手法である。しかし、特に、蛋白質-水系で非常に効率の良いアルゴリズムであるため、蛋白質の立体構造予測問題に取り組む上で非常に有効な計算手段となると期待される。

The natural state of the proteinためには、広いproteinのstructuralspaceをgoodefficiencyくサンプルするnecessaryがある.このためにはエネルギーSpace をランダムウォークすることにより、Efficient なSTRUCTURE サンプリングをpossibleとする拡张アンサンブル法にづくシミュレーションがeffectiveである.しかし、　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　dinglos groundめるNecessary があり, protein-water system のような Complex 雑な system へのapplicable は であった. The purpose of this study is to propose the されていた2つの拡张アンサンブル method (マルチカノニカル method, レプリカ method) exchange method), およびfree エネルギー剉化をcalculation するために开発された Techniqueング method) を group み合わせることにより3つの新しい calculation method (レプリカ マルチカノニカル method .いくつかの小いペプチドのmolecule dynamics calculation を行うことにより、これらのtechniqueは、従The calculation method of comparison is easy and efficient and the calculation method is good.また, the レプリカ exchange method and the quantum chemical calculation を group み合わ せることにInitial めて success し, このtechnique and practicability の 高さをshow した. This study uses general techniques that may be used to develop calculation techniques and solve surface problems.しかし、特に、protein-water system でvery efficient の好いアルゴリズムであるため、protein To solve the problem of predicting the three-dimensional structure of mass, the calculation method is very effective and the calculation method is very expected.

项目成果

杉田有治: "理論計算からタンパク質の変性構造を探る"生物物理. 40・6. 368-373 (2000)

Yuji Sugita：“从理论计算探索蛋白质的变性结构”生物物理学40・6（2000）。

Sugita,Y.: "Multidimensional replica-exchange method for free-energy calculations."Journal of Chemical Physics. 113・15. 6042-6051 (2000)

Sugita, Y.：“自由能计算的多维复制交换方法”。化学物理杂志 113・15（2000）。

Sugita,Y.: "Replica-exchange multicanonical algorithm and Multicanonical replica-exchange method for systems with rough energy landscape."Chemical Physics Letters. 329. 261-270 (2000)

Sugita,Y.：“具有粗糙能量景观的系统的副本交换多规范算法和多规范副本交换方法。”化学物理快报。

Ishikawa,Y.: "Ab initio replica-exchange Monte Carlo method for cluster studies."Chemical Physics Letters. 333. 199-206 (2001)

Ishikawa,Y.：“用于聚类研究的从头开始复制交换蒙特卡罗方法。”化学物理快报。