メタ動力学における進歩とQM/MM分子動力学の組み合わせによるATPおよび他のヌクレオシド三リン酸の蛋白質媒介加水分解のシミュレーション【JST・京大機械翻訳】

Sun Rui; Sode Olaseni; Dama James F.; Voth Gregory A.

文献

J-GLOBAL ID：201902240239332974 整理番号：19A0660081

メタ動力学における進歩とQM/MM分子動力学の組み合わせによるATPおよび他のヌクレオシド三リン酸の蛋白質媒介加水分解のシミュレーション【JST・京大機械翻訳】

Simulating Protein Mediated Hydrolysis of ATP and Other Nucleoside Triphosphates by Combining QM/MM Molecular Dynamics with Advances in Metadynamics

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資料名：
巻： 13 号： 5 ページ： 2332-2341 発行年： 2017年
JST資料番号： W2328A ISSN： 1549-9618 CODEN： JCTCCE 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

ATPまたはGTPのようなヌクレオシド三リン酸の蛋白質仲介加水分解は,本質的に最も重要で挑戦的な生化学的反応の1つである。加水分解サイトに隣接する化学環境(水構造,触媒金属,及びアミノ酸残基)は数百の原子を含み,通常,QM/MMシミュレーションのような計算的に要求される電子構造計算から達成できる自由エネルギーサンプリングの量を大きく制限する。したがって,QM/MM分子動力学と最近開発された遷移テンパmetad(TTMetaD)との組合せ,シミュレーションにおける初期段階での高品質自由エネルギー推定を提供できる強化サンプリング法は,生体分子ヌクレオシド三りん酸加水分解問題を扱う理想的アプローチである。本研究では,単量体および糸状アクチンにおけるATP加水分解過程を,組合せ方法論の応用例として研究した。これらの要求されるQM/MMシミュレーションにおけるTTMetaDの性能を,より従来の良く焼戻されたmetadynam(WTmetD)の性能と比較した。著者らの結果は,TTMetaDがWTmetDよりQM/MMシミュレーションの初期段階の間,2つの重要な集団変数(CV)における加水分解反応自由エネルギー表面のより良い探査を示すことを示した。TTMetaDシミュレーションにより,重要な第三自由度,O-H結合切断及び溶解水からのプロトン移動が,TTMetaDに対して完全に収束するためにバイアスされなければならないことを明らかにした。NTP加水分解動力学を最小限に摂動し,MetaD自由エネルギーサンプリングに適切に焦点を合わせるために,ATPのリン酸塩の求核攻撃後の溶解水にのみ適用する自己制限バイアス電位を構築するために最近開発したメタ-metad(MBMetaD)を採用した。これらの新しい,最先端の強化サンプリング法により,QM/MM分子動力学シミュレーションと自由エネルギーサンプリング法を組み合わせた有効で正確な計算戦略を示し,ロバストな数値基準による計算の収束を解析する方法を示した。Copyright 2019 American Chemical Society All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】

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数値計算 , 計算機シミュレーション

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