分子機能研究所

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   最終修正日

   2018/06/19

 

Homology Modeling Professional for HyperChem

 

Side Chain Rotamer Modeling(側鎖ロータマーモデリング)プロフェッショナル

側鎖ロータマーモデリングモジュール

 

特徴

側鎖ロータマーモデリングプロフェッショナルプログラムは、マニュアル、データベース、自動ab initioエネルギー評価およびこれらの組み合わせによるすべての側鎖モデリング機能を備えています(検証結果を参照)。自動エネルギー評価機能(部分構造最適化および一点計算)を用いた自動側鎖ロータマー探索機能は、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。一点計算では高速法と高精度法が、部分構造最適化では高速法が探索に利用できます。また、側鎖ロータマーデータベース探索機能に対応した最新のデータベースが付属します。さらに、ロータマーデータベースを使用した側鎖モデリングでも自動エネルギー評価機能が利用できることから、ロータマーデータベースと自動エネルギー評価機能を組み合わせた手法は巨大分子(数万原子)の側鎖モデリングの高速化に威力を発揮します(条件にもよりますが、比較的分子量の大きいタンパクでも半時間程度で計算が終了します。詳細な各種計算時間については性能テストを参照してください)。

さらに、自動ロータマー探索機能(ノーマルモードおよびデータベースモード)にバッチ計算がサポートされており、完全自動化された側鎖ロータマーモデリングが可能です。デフォルトではN-末端からC-末端に向けて順番に鋳型と異なるすべてのアミノ酸側鎖の最安定ロータマーが決定されますが、鋳型とアミノ酸一致度が極端に低く、周囲に未決定の側鎖ロータマーが多くあるようなケースにも対応できるように、バッチ計算の順番は自由に変更できます。また、全てのアミノ酸や特定のアミノ酸だけをバッチ計算することもできます。低分子との共有結合残基にも対応しています。

 

下図は立体構造既知タンパクの全ての側鎖ロータマーについて、ロータマーデータベースを利用してAmber94力場下に一点計算の自動側鎖ロータマー探索を実施した結果です。赤のチューブは予測ロータマーであり、青のチューブが実験結果です。当然の結果ですが表面の荷電アミノ酸のロータマーはエネルギー的に予測した結果と若干異なっているものの、その他のロータマーは非常に良好に実験結果を再現しています。なお、本検証は約1時間で終了しました。

自動側鎖ロータマー探索結果

 

* 最新ロータマーデータベースは約25,000のPDBデータ中、分解能4Å以内のX線結晶構造でかつ同一タンパクを含まない約4,000のタンパクデータをもとに統計解析されたものです。

** デフォルトの60°刻みの回転角で、最大約95%計算時間(処理時間)の短縮につながります。具体的にはLysおよびArgではこのデフォルト条件下に1296+1通りのロータマーを探索しますが、ロータマーデータベース(バージョン1.0)を使用した場合には81+1通りの探索で済みます。

 

 

 

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