Computational study on the secondary structure dependence of the interaction in protein tertiary structure formation and the development of a new force field

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タンパク質の高次構造に依存する新規な力場関数とそのパラメータを開発するために、代表的な二次構造について水素結合エネルギーを量子化学計算とNegative Fragmentation Approach (NFA)を組み合わせて計算し、古典力場との比較を行った。2022年度は、3_10ヘリックスおよびπヘリックスの追加計算を行い、解析結果をαヘリックスの結果と比較するとともに、水素結合エネルギーの傾向と構造との関係について考察した。まず、NFAにより得られた各水素結合ペアの水素結合エネルギーを古典分子力場（AMBERff99力場）の結果と比較したところ、分子力場では、αヘリックスと同様、πヘリックスの水素結合エネルギーが過大評価された。水素結合を形成するペプチド結合のみで構成されるミニマルモデルでは水素結合エネルギーは分子力場のものとほぼ同じになるが、隣接するペプチド結合を含むモデルでは水素結合エネルギーが小さくなることから、隣接するカルボニル基およびアミノ基の影響よりペプチド結合が脱分極し、水素結合が不安定化されることが示唆された。一方で、3_10ヘリックスでは、αヘリックスとは異なり、末端から2つ目の水素結合ペアで水素結合が大きく不安定化されていた。この傾向に関する違いは、ヘリックス構造の違いにより隣接するカルボニル基およびアミノ基との相対配置が異なることに起因していた。以上の結果をもとに、近距離の相互作用の影響を含めることで分子力場を改良する方法について検討し、原子の電荷を改良することで量子化学計算の結果をある程度再現できることがわかってきた。