Molecular Dynamics Study of the Hydrogen-Bond Kinetics of Protein Hydration Water

蛋白质水合水氢键动力学的分子动力学研究

• 批准号: 23740321
• 负责人: YONETANI Yoshiteru
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23740321/
• 关键词: 水; 水素結合; 生体分子; 蛋白質; 核酸; 分子動力学; タンパク質; 分子動力学計算

The lifetime during which a water molecule resides at the surface of a biomolecule varies according to the hydration site. What determines this variety of lifetimes? Despite many previous studies, there is still no uniform picture quantitatively explaining this phenomenon. Here we calculate the lifetime for a particular hydration pattern, the water bridge, to show that the water-bridge lifetime varies from 1 to ~300 ps. We find that it follows 1/k(V_<step>)Pm, where Pm and V_<step> are two crucial factors, namely the probability of forming a specific hydrogen bond in which more than one donor atom participates, and the structural fluctuation of the hydration site, respectively. This relationship provides a picture of the hydrogen bond kinetics with atomistic detail and shows that hydrogen bond switching occurs when a particular hydrogen-bonding pattern appears. The rate constant of hydrogen bond switching k can be described as a function of the structural fluctuations of the hydration site.

水分子驻留在生物分子表面的寿命根据水合作用部位的不同而不同。是什么决定了生命的多样性？尽管以前有许多研究，但仍然没有统一的图像定量解释这一现象。本文计算了一种特殊水化模式——水桥的寿命，结果表明水桥寿命在1到~300 ps之间变化。我们发现它遵循1/k(V_<step>)Pm，其中Pm和V_<step>是两个关键因素，即形成一个超过一个给体原子参与的特定氢键的概率，以及水化位点的结构波动。这一关系提供了一幅氢键动力学的原子细节图，并表明当一个特定的氢键模式出现时，氢键转换发生。氢键转换速率常数k可以描述为水化位点结构波动的函数。

项目成果

生体分子表面の水分子のライフタイムはどのようにして決まるのか

生物分子表面水分子的寿命是如何确定的？

• 发表时间: 2012
• 期刊: アンサンブル
• 作者: 米谷佳晃;河野秀俊
• 通讯作者: 河野秀俊

生体分子表面の水分子の滞在時間はどのようにして決まるのか

水分子在生物分子表面的停留时间是如何确定的？

• 发表时间: 2012
• 期刊: 分子シミュレーション研究会会誌アンサンブル
• 作者: 米谷佳晃;河野秀俊,
• 通讯作者: 河野秀俊,

生体高分子表面における水分子の滞在時間を決める要素について

决定水分子在生物聚合物表面停留时间的因素

• 发表时间: 2011
• 作者: 米谷佳晃;河野秀俊
• 通讯作者: 河野秀俊

What determines water-bridge lifetimes at the surface of biomolecules?

是什么决定了生物分子表面的水桥寿命？

• 发表时间: 2012
• 作者: Y. Yonetani;H. Kono
• 通讯作者: H. Kono