Computational study on thermal relaxation processes in biomolecular systems

生物分子系统热弛豫过程的计算研究

• 批准号: 21K06098
• 负责人: 田中 成典
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06098/
• 关键词: 温度生物学; 生体高分子; 熱伝導度; 分子動力学法; 細胞内夾雑環境

昨年度に引き続き、水中に置かれたタンパク質内部の熱伝導度κならびに周囲の水との界面における熱伝達率Gを非平衡全原子分子動力学（MD）シミュレーションを用いて理論的に評価する研究を行い、その結果を学術論文として発表した（J. Comput. Chem. 44 (2023) 857）。球対称あるいは円筒対称の形状をもつタンパク質を考え、熱拡散方程式にMDにより得られるタンパク質の温度の時間変化をマッピングすることでκとGを求めることができる。前年度までの研究成果に加え、今まで慣性半径を用いて定義してきたタンパク質の大きさ（＝周囲の水との界面）の見積もりを再検討することで、より正確な熱伝導度の評価が可能となった。得られた結果は実験値ならびに球対称を仮定した先行理論研究の値と概ね整合的であり、さらに、タンパク質の形状に依存する異方的熱伝導の理論的記述も可能となった。次に、結合振動子系を用いた熱エネルギー移動の問題に移ったが、その前に調和振動子系の熱力学をきちんと整理しておく必要を感じ、量子力学的扱いの再検討を行った。調和振動子系の波動関数は基底状態から任意の励起状態に至るまで量子力学の教科書で詳しく述べられているが、これを温度Tの熱浴中に置いた場合の分布関数の解析形等に関する記述は少ない。今回あらためて独自の方法で導出し、量子と古典、またミクロカノニカルとカノニカル記述の違いについて整理してノートとして報告した（J. Phys. Chem. Res. 4 (2022) 151）。この検討は、これから行う熱浴中の非線形結合振動子系の解析にとっても示唆的であり、特に、エネルギー一定のミクロカノニカル記述から温度一定のカノニカル記述への転換の際に着目すべきいくつかのポイントが明確となった。

从去年开始，从理论上讲，使用非平衡的所有原子分子分子分子（MD）模拟，将蛋白质内部传记κ和周围水之间的界面上的热交易率G进行。学术论文（J.Comput。44（2023）857）。考虑到具有球对称或圆柱体对称形状的蛋白质，您可以通过映射由MD在热扩散方程中获得的蛋白质温度的时间变化来寻求κ和G。除了上一年的研究结果外，通过重新考虑蛋白质的大小（与周围水的界面），对热不满意进行了更准确的评估，该蛋白质已使用惯性的半径定义可能的。所获得的结果通常与实验值的值和假设球名的前面理论研究一致，并且可能取决于蛋白质形状的蛋白质育儿的理论描述。接下来，我们使用结合振动系统进入了热能运动的问题，但是在此之前，我们认为有必要正确组织和谐振动系统的热力学，因此我们审查了量子机械处理。从基础状态到任意激发状态，在量子力学教科书中详细描述了和谐振动器系统的波函​​数，但是当将其放置在温度t热浴中时，分布函数的分析类型。这次，他以自己的方式得出，并通过组织量子和经典之间的差异以及微频道和规范描述之间的差异（J.Phys。Chem。4（2022）151）。这项研究还暗示了将来非线性组合振动系统的分析，尤其是当从恒定的微型典型描述转移到温度的恒定温度时。

项目成果

Remarked suppression of Aβ42 protomer-protomer dissociation reaction elucidated by molecular dynamics simulation

分子动力学模拟阐明 Aβ42 原体-原体解离反应的显着抑制

• DOI: 10.1002/prot.26319
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics
• 作者: Kurisaki Ikuo;Tanaka Shigenori
• 通讯作者: Tanaka Shigenori

Non-equilibrium φ4 Theory in a Hierarchy: Towards Manipulating Holograms in Quantum Brain Dynamics

层次结构中的非平衡 φ4 理论：在量子脑动力学中操纵全息图

• 发表时间: 2022
• 作者: Akihiro Nishiyama;Shigenori Tanaka;Jack A. Tuszynski
• 通讯作者: Jack A. Tuszynski

Renormalization in Quantum Brain Dynamics

• DOI: 10.3390/appliedmath3010009
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: AppliedMath
• 作者: Akihiro Nishiyama;S. Tanaka;J. Tuszynski

Protein-ligand binding affinity prediction of cyclin‐dependent kinase‐2 inhibitors by dynamically averaged fragment molecular orbital‐based interaction energy

通过动态平均片段分子轨道相互作用能预测细胞周期蛋白依赖性激酶 2 抑制剂的蛋白质配体结合亲和力

• DOI: 10.1002/jcc.26940
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Computational Chemistry
• 影响因子: 3
• 作者: Takaba Kenichiro;Watanabe Chiduru;Tokuhisa Atsushi;Akinaga Yoshinobu;Ma Biao;Kanada Ryo;Araki Mitsugu;Okuno Yasushi;Kawashima Yusuke;Moriwaki Hirotomo;Kawashita Norihito;Honma Teruki;Fukuzawa Kaori;Tanaka Shigenori
• 通讯作者: Tanaka Shigenori

Computational prediction of heteromeric protein complex disassembly order using hybrid Monte Carlo/molecular dynamics simulation

使用混合蒙特卡罗/分子动力学模拟计算预测异聚蛋白复合物的分解顺序

• DOI: 10.1039/d2cp00267a
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Chemistry Chemical Physics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Kurisaki Ikuo;Tanaka Shigenori
• 通讯作者: Tanaka Shigenori