電子ダイナミクスに基づく生体分子触媒反応のシミュレーション

基于电子动力学的生物分子催化反应模拟

• 批准号: 19340108
• 负责人: BOERO Mauro
• 金额: $ 12.06万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19340108/
• 关键词: QM; MMハイブリッド計算; シトクローム酸化酵素; 触媒反応; 電子構造; 酸素反応; 立体構造; 分子動力学計算; ハイブリッド計算; 第一原理分子動力学計算; タンパク質; RNA; 酵素反応; メタダイナミクス

本研究は,計算物理科学において現在飛躍的に発展中の,最先端の理論計算手法を駆使して,数万〜十万原子以上より構成される巨大な生体高分子系を,現実の系と同様,溶液における存在環境の中で,量子力学(QM)および古典理論(MM)を組み合わせて用いることにより,QM/MMハイブリッド・シミュレーションを実現する。これによって,酵素触媒反応における反応経路を解明し,その活性化エネルギなどの基本的な物理量を明らかにする。またそれらの計算結果について,実験結果との比較・検証による構造生物学的な解析を精密に進めることにより,反応機構に内在する法則性を理論的に解明することを目的とする。昨年度の成果として,vander Waals相互作用に対する効率的な計算法の開発を推進したが,本年度はその飛躍的な発展がなされた。すなわち,従来は高度な量子力学計算(CCSD(T)など)を必要とした系に対しても,剛計算とほぼ同等の計算量で,CCSD(T)の精度に匹敵する計算精度を有する計算法へと発展させることに成功し,そのQM/MMハイブリッド計算システムへの実装も実現し左(印刷中)。これは今後,生体高分子の解析において,極めて重要な解析手法となる。本年度はさらに,タンパク質やRNAの酵素に対してQM畑分子動力学計算を実現し,その反応機構の詳細な解析をスタートした。プロテイン・スプライシングにおいては,その多段階反応の最初のステップに対して,反応経路および反応座標に対する探索を行い,その同定を進めた。これにより,ほぼ最適経路の同定に成功し,現在,第2ステップの反応へと解析を進めている段階にある。RNA酵素においても同様に,反応経路の探索と反応座標の同定が進行中であり,今後,これらの反応機構の全貌が解明されるものと期待される。

は, this study calculated the physical sciences に お い て now leap に 発 の in the exhibition, the apex の theoretical calculation methods を 駆 make し て, more than tens of to hundreds of atomic よ り constitute さ れ る huge な raw body polymer を, now be の と with others, solution に お け る で の existence environment, quantum mechanics (QM) お よ び classical theory (MM) を group み close わ せ て in い る Youdaoplaceholder2 とによ する,QM/MMハ ブリッド ブリッド · シ ュレ ュレ ショ ショ を を current する. こ れ に よ っ て, enzyme catalytic 応 に お け る anti 応 経 road を interpret し, そ の activeness エ ネ ル ギ な ど の basic physical quantities を な Ming ら か に す る. Calculation result ま た そ れ ら の に つ い て, be 験 results と の comparison, 検 card に よ る structural biology な parsing を precision に into め る こ と に よ り, anti 応 agency に inner す る law theory of sexual を に interpret す る こ と を purpose と す る. Yesterday's annual の results と し て, vander Waals interactions に す seaborne る な the working rate calculation method の open 発 を propulsion し た が, this year's は そ の leap な 発 exhibition が な さ れ た. す な わ ち 従 to は highly な quantum mechanics calculation (continental scientific drilling (CCSD (T) な ど) を necessary と し た department に し seaborne て も, just calculate と ほ で ぼ equally の computation, continental scientific drilling (CCSD (T) の precision に match す る calculation accuracy を have す る calculation method へ と 発 exhibition さ せ る こ と に し success, そ の QM/MM ハ イ ブ リ ッ ド computing シ ス テ ム へ の be loaded も be Now on the left (in the process of printing). In the future, the <s:1> analysis of biological macromolecules にお て て て is an extremely めて important な analysis method となる. This year's は さ ら に, タ ン パ ク qualitative の や RNA enzymes に し seaborne て QM Tian molecular dynamics calculation を be し, そ の の detailed analytical を な 応 authorities ス タ ー ト し た. プ ロ テ イ ン · ス プ ラ イ シ ン グ に お い て は, そ の Duan Jie more anti 応 の initially の ス テ ッ プ に し seaborne て, anti 応 経 road お よ び anti 応 coordinates に す seaborne る explore を い, そ の with fixed を め た. こ れ に よ り, ほ ぼ optimum の 経 road with に し success, now, 2 ス テ ッ プ の anti 応 へ と parsing を into め て い る Duan Jie に あ る. With others in RNA enzymes に お い て も に, anti 応 の 経 road explore と anti 応 coordinates の with fixed が in で あ り, henceforth, こ れ ら の の 応 authorities whole が interpret さ れ る も の と expect さ れ る.

项目成果

Modeling of complex of LeuRS and mis-aminoacylated tRNALeu for which 3'-terminal is bound to the active site of editing

LeuRS 和错误氨酰化 tRNALeu 复合物的建模，其中 3 末端与编辑活性位点结合

• 发表时间: 2008
• 作者: Hagiwara;Y;et.al.
• 通讯作者: et.al.

RNAによる酵素反応の機構…量子力学に基づくシミュレーションが創る「量子構造生物学」への序

RNA的酶促反应机制...基于量子力学的模拟创建的“量子结构生物学”导论

• 发表时间: 2007
• 期刊: 化学と工業 60-6
• 作者: 舘野 賢;ボエロ マウロ
• 通讯作者: ボエロ マウロ

Computational Analyses of reaction mechanisms of biological macromole cules combined with informatical techniques

结合信息技术的生物大分子反应机理计算分析

• 发表时间: 2007
• 作者: Nasaru;Tateno
• 通讯作者: Tateno

Reaction mechanism of editing by class I aaRS revealed by QM/MM molecular dynamics simulations

QM/MM分子动力学模拟揭示I类aaRS编辑反应机制

• 发表时间: 2008
• 作者: M.Noguchi;H.Tabata;松本健;Masaru Tateno
• 通讯作者: Masaru Tateno

Electronic and geometric structures of the blue copper site of azurin investigated by QM/MM hybrid calculations

• DOI: 10.1088/0953-8984/21/6/064235
• 发表时间: 2009-02-11
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER
• 影响因子: 2.7
• 作者: Kang, Jiyoung;Ohta, Takehiro;Tateno, Masaru
• 通讯作者: Tateno, Masaru