リゾチーム-基質複合体のab initio MO計算と分子認識機構の解析

溶菌酶-底物复合物从头算MO计算及分子识别机制分析

• 批准号: 12640501
• 负责人: 北浦 和夫
• 金额: $ 2.56万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12640501/
• 关键词: リゾチーム; ab initio MO法; フラグメントMO法; 分子間相互作用; 分子認識

本研究は、リゾチーム(アミノ酸残基数129)とグリコペプチド複合体の電子状態計算を行い、タンパク質と基質間の相互作用を解析することにより、分子認識機構に関して電子状態レベルの知見を得ることを目的とする。このよな巨大な系のab initio MO計算を行うことは現在のところ非常に困難であるが、我々が開発したフラグメントMO(FMO)法を用いることで容易に計算できる。しかし、そのためにはすでに開発していたFMO計算のプログラム(Gaussian94にFMO法を組み込んだもの)を、並列計算できるように拡張する必要がある。このため、2年計画の初年度の研究として、PCクラスター(48台構成)を用いたFMO法の並列計算システムを開発した。このシステムでリゾチームのテスト計算(HF/STO-3G)を行い、プログラムの性能評価を行ったところ、約2時間で計算できた。さらに、構造最適化計算を行うために不可欠である解析的エネルギー微分のプログラムもあわせて開発した。現在、テスト計算としてcrambin(46残基のタンパク質)の構造最適化計算を行い、よりいっそうの高速化を目指して、プログラムとPCクラスターのチューニングを行っている。一方、タンパク質の構造を電子状態レベルで理解する助けとなる、タンパク質中のアミノ酸残基間の相互作用を解析する方法を考案し、プログラムに組み込んだ。この方法によりモデルポリペプチドであるグリシン10量体の最適化構造での解析を行い、たとえば、水素結合を形成しているIとI+4番目の残基間で相互作用エネルギーは約-4kcal/mol(HF/STO-3Gレベル)になるという妥当な結果を得ており、残基間相互作用の解析に有用な方法であることを確認した。これらの成果のもとに、次年度にリゾチームと基質複合体の計算と分子内・分子間相互作用の解析を行う予定である。

The purpose of this study is to calculate the electronic state of the complex, analyze the interaction between the matrix and the substance, and to understand the molecular mechanism related to the electronic state. The ab initio MO calculation of this huge system is very difficult to use. FMO calculation is necessary for development (Gaussian94 FMO method) and parallel calculation. The research of the first year of the two-year plan was carried out by using the FMO method to calculate the parallel structure of PC and PC (composed of 48 units). The calculation (HF/STO-3G) of this system takes about 2 minutes to complete, and the performance evaluation of this system takes about 2 minutes to complete. In addition, structural optimization calculation can not be performed without analysis of the development of the differential Now, the calculation of structure optimization of crambin(46 residues) is carried out, the high-speed design of crambin(46 residues) is carried out, and the selection of crambin (46 residues) is carried out. A method for the analysis of interactions between acid residues in the structure and electronic state of a substance is proposed. This method was used to analyze the optimal structure of the 10-mer molecule, to form the interaction between the residues of the I+4 group, and to determine the useful method for the analysis of the interaction between the residues. The results of this study include the calculation of matrix complexes and the analysis of intramolecular and intermolecular interactions

项目成果

Kazuo Kitaura et al.: "Fragment molecular orbital method : analytical energy gradients"Chem.Phys.Lett.,. 336. 163-170 (2001)

Kazuo Kitaura 等人：“片段分子轨道法：分析能量梯度”Chem.Phys.Lett.，。