基礎研究

タンパク質の分析

画像は，ピルビン酸キナーゼの活性中心を PDB ファイルから単離したところである．

ホスホリボシルピロリン酸合成酵素

ホスホリボシルピロリン酸（PRPP）合成酵素の PDB ファイルから酵素基質複合体を単離し，そのようすを観察した．
PDB ファイルによっては，アルドペントース型リボース 5-リン酸が含まれている場合や α-ヘミアセタール型リボース 5-リン酸が含まれている場合がある．
反応モデルを構築するには，どこまでが実験結果であるのかなど，さらなる検討が必要である．

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ピルビン酸キナーゼ

ピルビン酸キナーゼの PDB ファイルから酵素基質複合体を単離し，反応モデルの構築を試みた．
活性中心からはオギザロ酢酸と ATP γ-リン酸基が対向した構造が得られた．
モデルには，マグネシウムも含まれている．マグネシウムは基質の位置を固定するのに利用されているようだ．
オギザロ酢酸をピルビン酸に変換し，そのカルボキシル基と ATP との間でリン酸を授受するモデルを構築した．

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ホスホグリセレートキナーゼ

ホスホグリセレートキナーゼの PDB ファイルから酵素基質複合体を単離し，反応モデルの構築を試みた．
1,3-ビスホスホグリセリン酸のカルボキシル基と ADP の二酸基が対向したモデルが構築できた．
カルボキシル基と二リン酸基との間でリン酸を授受するのに都合がよさそうである．

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グリセルアルデヒド 3-リン酸デヒドロゲナーゼ

グリセルアルデヒド 3-リン酸ロゲナーゼの PDB ファイルを試料とし，フリーソフトを使った編集．解析の可能性を検討した．
目的のタンパク質を単離し，活性中心を抽出し，その反応モデルを構築することが目標である．
グリセルアルデヒド 3-リン酸のアルデヒド基と NADH⁺ のピリジン環窒素のパラ位炭素が近傍に位置しており，反応機構と矛盾しないモデルが構築できた．

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ペプチドの二面角．測定と解析

タンパク質の高次構造を表現する一つの手段として，主鎖付近の二面角，Ψ，Φ に加え最初の側鎖二面角 χ1 を測定し，それらがどのように分布しているのか調べてみた．
Ψ と Φ を散布図にプロットしたものが Ramachandran プロットであるが，このページではそれを拡張し，側鎖の方向も含めて検討するということである．
なお，このページでの角度はラジアンで標記している．

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タンパク質における共有結合の検知

手元にあったミオグロビンの PDB ファイルを試料とし，この仕様を確認する実験をおこなった．
まず．ファンデルワールス距離未満の炭素-炭素，炭素-窒素，炭素-酸素距離を測定してヒストグラムを作成して分析した．
次いで，共有結合距離と推定した数値のみでヒストグラムを作成して分析した．
これらの観察により，タンパク質での共有結合の性質を反映した結果が得られた．
共有結合の検知範囲は，共有結合距離の和 * 1.2 程度としておけばよさそうである．

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アミノ酸の記述子度を求めて

このページでは，ソフトウェアの開発やタンパク質の研究に利用する目的で，アミノ酸の性質を数値的に表現する方法について考えています．
例えば，酸性アミノ酸残基，塩基性アミノ酸残基などでタンパク質に色を付ければ，電荷の位置が一目瞭然になります．
また，アミノ酸どうしの関係を何らかの形で数値化できれば，色分けはもちろん，アライメント用のアミノ酸置換行列を作成できるかもしれません．
ひょっとしたら，「似たアミノ酸どうしは置換しやすい」というポイントミューテーションの傾向について，数値的な知見が得られるかもしれません．

本サイトで開発している libuilcule や 分子表示ソフト Detrial では，以下の機能を実装しています．
方法を探し続けて，面白いアミノ酸記述子が見つかれば，開発に取り込むつもりです．

• 古典的な配列アライメント：アミノ酸置換行列 BLOSUM62 や PAM250 を使った，動的計画法
• 構造アライメント：アミノ酸置換行列の代わりに，数残基程度のペプチドの立体構造を比較して類似度とする方法
• 試験的に，分子表示ソフト Detrial でアミノ酸の色分けをおこなっています．この機能は Builcule に統合する予定です

最終的に AAindex: Amino acid index database を参照することになるような気もしますが，回り道をしていろいろ考えてみようというわけです．

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密度汎関数法

画像は，アルドペントース型リボースの HOMO である．

リボースの分子軌道

リボースを基質とする酵素反応により，アルデヒド基，1 級および 2 級ヒドロキシ基が修飾される．
また，アルドペントース型と環状ヘミアセタール型の構造をとる．
種々の酵素反応とリボースの構造を関連させて理解することを目指して，リボースの分子軌道を計算した．

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二リン酸の分子軌道

代表的な高エネルギーリン酸化合物 ATP や ADP は，リン酸-リン酸無水物である．
このページではリン酸-リン酸無水物の最も単純な分子である二リン酸を取り上げ，密度汎関数法で構造最適化し，分子軌道や電荷を計算した．
二リン酸の構造や反応性には，ヒドロキシ基の解離状態が大きく影響しているようである．
P-O-P の結合角は 109.5°より大きい値となったが，その大小関係は．解離型 >> 二解離型 > 非解離型となった．
LUMO は，ヒドロキシ基の解離の状態によって形が異なった．

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アルゴリズム

画像は，構造アライメントのスコアをプロットしたところである．

構造アライメントの開発

構造アライメントの機能を開発したので記しておく．
アミノ酸スコアに基づく配列アライメントアルゴリズムを拡張し，二乗平均偏差に基づく局所的な立体構造の類似性を加味したものである．
本サイトで開発中の分子モデリングソフト Builcule に実装している．

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