蛋白質中性子散乱スペクトルの計算機実験を援用する測定法および解析法の提案

蛋白质中子散射谱计算机实验测量和分析方法的提案

基本信息

批准号：
15740265
负责人：
城地保昌
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo (2004)Japan Atomic Energy Agency (2003)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

蛋白質が担う生命現象の素過程を物理化学的に理解するには、機能発現と密接に関わる蛋白質の立体構造ダイナミクスを原子レベルで研究することが不可欠である。そのための研究手段としては分子シミュレーションと中性子散乱が有効である。本研究課題は、分子シミュレーションを利用して蛋白質の中性子散乱実験の可能性を探ることが目的であった。蛋白質の立体構造ダイナミクスはその複雑なエネルギー地形によって生み出される。平成16年度は分子シミュレーションを用いて、蛋白質のエネルギー地形と中性子非弾性散乱で観測される蛋白質ボゾンピークとの関係を明らかにした。ボゾンピークは、約200K以下の低温で測定されたガラス様物質の中性子非弾性散乱スペクトルに観測される約25cm^<-1>付近のブロードなピークであるが、その起源は長年謎であった。分子シミュレーションを用いるとその結果から中性子散乱スペクトルが直接計算できる。本研究では、ニワトリ卵白リゾチーム蛋白質を用いて、基準振動解析、ランジュバンモード解析、分子動力学計算(水中、真空)の4種類の分子シミュレーションを100K-300Kのさまざまな温度で行い、その結果を用いて中性子非干渉性非弾性散乱スペクトルを計算した。計算されたスペクトルを比較すると、水中の分子動力学計算(<200K)の結果からのみ約25cm^<-1>付近にブロードなピークが観測された。詳細な解析の結果、水和することのよって出現する蛋白質エネルギー曲面上の微細構造が、蛋白質のボゾンピークと密接に関わることが明らかになった。また平成16年度後半にはこれまでの解析結果をふまえて、日本原子力研究所と協力し、高エネルギー加速器研究機構において蛋白質の非弾性散乱実験を開始した。実験結果と分子シミュレーション(本研究課題)の結果を相補的に解釈することで、機能と関わる蛋白質の立体構造ダイナミクスの解明が促進されると期待できる。

为了了解蛋白质以物理化学方式携带的生物学现象的基本过程，研究蛋白质的三维动力学至关重要，蛋白质的三维动力学在原子水平上与功能表达密切相关。分子模拟和中子散射是为此目的的有效研究工具。该研究主题的目的是使用分子模拟探索蛋白质中子散射实验的可能性。蛋白质的三维动力学是由它们的复杂能量景观产生的。在2004年，分子模拟被用来阐明蛋白质能量地形与中子非弹性散射观察到的蛋白质玻色子峰之间的关系。玻色子峰是一个大约25 cm^<-1>的宽峰，如在低温低于200 K的低温下测量的玻璃状材料的中子非弹性散射光谱，但其起源多年来一直是一个谜。使用分子模拟，可以从结果直接计算中子散射光谱。在这项研究中，使用鸡蛋白色溶菌酶蛋白在100K-300K的各种温度下进行了四种类型的分子模拟：参考振动分析，Langevin模式分析和分子动力学计算（在水，真空中），并使用结果和中子不合适的弹性散射光谱。比较计算出的光谱，仅从水下的分子动力学计算结果（<200K）的结果中观察到较大的峰值。详细的分析表明，蛋白质能表面上的微观结构与蛋白质玻色子峰密切相关。此外，在2004年下半年，根据先前分析的结果，与日本原子能研究所合作，我们在日本高能加速器研究所开始了蛋白质非弹性散射实验。可以预期，对实验结果的互补解释和分子模拟的结果（该研究主题）可以促进涉及功能中蛋白质的三维动力学阐明。