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

蛋白质三级结构形成中相互作用的二级结构依赖性的计算研究和新力场的发展

基本信息

批准号：
22K06164
负责人：
鷹野優
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Hiroshima City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

为了开发依赖蛋白质的高阶结构的新型力场函数及其参数，使用量子化学计算和负碎片方法（NFA）计算氢键能量的氢键能量，并与经典力场进行比较。在2022财年中，进行了3_10螺旋和π螺旋的其他计算，并将分析结果与α螺旋的结果进行了比较，并考虑了氢键能量的趋势与结构之间的关系。首先，当将通过NFA获得的每个氢键的氢键能与经典分子力场（Amberff99力场）的结果进行比较时，在分子力场中，π螺旋的氢键能被高估了，就像α螺旋一样。在仅由形成氢键的肽键组成的最小模型中，氢键能量几乎与分子力场中的氢键相同，但是在包含邻近肽键的模型中，氢键键很小，邻近碳基团的效果和氨基组的效果表明，肽键表明，肽键是DEPOLALIED键和水力发生的。另一方面，与α-螺旋不同，氢键在末端的第二个氢键对中极大地不稳定。这种趋势的差异是由于相邻羰基和氨基组相对排列中螺旋结构的差异。基于上述结果，我们通过包括近距离相互作用的影响来研究改善分子力场的方法，并发现通过改善原子的电荷，可以在一定程度上再现量子化学计算的结果。