分子機能研究所

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   最終修正日

   2018/06/19

 

Homology Modeling Professional for HyperChem

 

Peripheral Modeling(周辺モデリング)プロフェッショナル

周辺モデリングモジュール

 

特徴

生体高分子結晶構造データであるPDBは生体高分子と水分子以外にも、基質、リガンド、金属、その他の低分子データも同時に含んでいます。しかしながら、これら分子に関しては、水素原子座標情報がなく、また結合タイプ、電荷、原子タイプ情報等の多くの情報が不足しています。そのため、特に、これら分子からの立体・電子効果を無視することのできないドッキングスタディーや機能解析に要求される生体高分子モデルあるいは精密化の必要な結晶構造では、相互作用する分子をあとから編集する必要があります。


周辺モデリングプロフェッショナルプログラムは大きく5つの分子モデリング、編集機能を有しています。

一つ目は、このプログラムを使用することで、HyperChemの洗練された低分子モデリング機能を、生体高分子との混在環境にある低分子、金属、ポリマーあるいは金属錯体の編集作業で有効に使えるようになり、対話的、ほぼ自動的な編集作業が可能となります。また、複雑な分子システム中の個々の着目分子を単分子モデリングのように取り扱うことができます。

二つ目は、通常、タンパクモデリングでは、タンパクと共有結合している低分子を取り扱うことができませんが、本プログラムは独自開発したQM/MM手法を用いてこの問題を解決しており、こうしたタンパクをも非常に単純な作業で論理的、高精度にモデリングできます。

三つ目は、一般にPDBでは生体高分子のN末端とC末端あるいは5'末端と3'末端の情報が不足していますが、このモジュールプログラムはほぼ自動的に必要な両端情報を付加できます。

四つ目は、生体高分子との混在環境にある低分子、金属、ポリマーあるいは金属錯体の電子状態を搭載されているGaussian Interface for HyperChemを介してGaussianで計算し、リアルタイムにHyperChem上のこれら分子に計算結果を反映させることができます。もちろん、HyperChemに搭載されている全ての半経験分子軌道法、CNDO, INDO, MINDO3, NMDO, NMDO/d, PM3, AM1、も利用できます。また、生体高分子結晶構造中に含まれるすべてのヘテロ分子を同時にGaussianで計算することも可能です。このため、特に酵素基質反応系に対しては遷移状態計算を用いた電子状態を反映させることも極簡単にできます。その他の手法として、各種反応場モデルを用いて溶媒和効果を加味した電荷の利用や、Gaussianでの計算に構造最適化を用いてその電子状態のみをHyperChem上の分子に反映させるなど、様々な手法で論理的モデリング、機能解析あるいは論理的構造ベース創薬研究を支援することが可能です。

五つ目は、Gaussianが搭載するONIOM計算のための完全自動インターフェイスであるONIOM Interface for Receptorを搭載しており、レセプターとリガンドなどの生体高分子と低分子からなる分子システムの2-レイヤ(QM:QMおよびQM:MM)あるいは3-レイヤONIOM(QM:QM:QMおよびQM:QM:MM)計算用入力ファイルが自動生成できます。これにより、インターフェイス起動後、わずか数秒で巨大分子システムの高精度な量子化学計算がGaussianでシームレスに実行き、リアルタイムにHyperChem上の分子システムにその計算結果(電荷と構造)をフィードバックさせることができます。本機能により、HyperChemGaussianにおける分子モデリングがシームレスとなり、既存システムでは不可能なあらゆる形態の分子システムについての高度な論理的分子設計がGUIベースで完全自動化されて、可能となります。

その他、HyperChemに搭載される全ての分子力学計算、Ambers、Amber2、Amber3、Amber94、Ambre96、Amber99、MM+、OPLS、Bio+83、Bio+85、CHARMM19、CHARMM22、CHARMM27、をサポートしています。

こうした、作業は非常に高度に思えますが、本プログラムを利用すれば、全ての作業がほぼワンクリックで達成できます。

 

 

Gaussian Interface for HyperChem ONIOM Interface for Receptor

 

周辺モデリングプロフェッショナルプログラムを用いた論理的リガンド設計チュートリアルが参照できます。

 

 

 

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