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。

为了从物理化学角度理解蛋白质发挥生命现象的基本过程，有必要在原子水平上研究蛋白质的三维结构动力学，这与其功能表达密切相关。分子模拟和中子散射是实现这一目的的有效研究工具。该研究项目的目的是探索利用分子模拟对蛋白质进行中子散射实验的可能性。蛋白质的构象动力学是由其复杂的能量拓扑产生的。 2004年，我们利用分子模拟阐明了蛋白质能量形貌与非弹性中子散射观察到的蛋白质玻色子峰之间的关系。玻色子峰是在约200K以下的低温下测量的类玻璃材料的中子非弹性散射光谱中观察到的25cm^-1附近的宽峰，但其起源多年来一直是个谜。使用分子模拟，可以根据结果直接计算中子散射光谱。在这项研究中，我们使用鸡蛋清溶菌酶蛋白在100K至300K的不同温度下进行了四种类型的分子模拟，包括标准振动分析、朗之万模式分析和分子动力学计算（在水和真空中），并使用了结果。计算了中子非相干非弹性散射谱。比较计算出的光谱，仅根据水中(<200K)的分子动力学计算结果，在25cm^-1附近观察到宽峰。详细分析表明，蛋白质水合时出现的能量表面精细结构与蛋白质的玻色子峰密切相关。此外，2004年下半年，根据迄今为止获得的分析结果，我们在高能加速器研究机构与日本原子能研究所合作开始了非弹性蛋白质散射实验。实验结果和分子模拟结果（本研究课题）的互补解释有望有助于阐明与其功能相关的蛋白质三维结构动力学。