タンパク質の謎を解明する研究(Unfolding the secrets of proteins)

2025-11-06 イェール大学

イェール大学の研究チームは、タンパク質がどのように折りたたまれ機能を獲得するかという長年の謎に対し、新たな計算モデルを開発しました。現在の高解像度モデルは、タンパク質中のすべての原子を記述するため、計算量が膨大で「未知の構造が約60%」という課題がありました。研究では、アミノ酸1つを一つの“球体”で表す非常に粗いグレイン化モデル(コースグレインモデル)を作成し、それが必要な構造特性を定量的に捉えられることを示しました。具体的には、モデル化精度と計算効率の最適なバランスを探り、最も粗いモデルでも折りたたみ後のタンパク質の構造密度やコアの特徴を正確に再現できることを確認しました。これにより、構造が未解明のタンパク質群の折りたたみ過程を、より現実的な計算時間でシミュレーションできる道が開けたといいます。本研究は、誤った折りたたみが原因となる病気の理解や新薬・バイオ材料の設計に貢献する可能性があります。

タンパク質の謎を解明する研究(Unfolding the secrets of proteins)

<関連情報>

折り畳まれたタンパク質の構造特性に対する立体化学的制約の影響 Effect of stereochemical constraints on the structural properties of folded proteins

Jack A. Logan, Jacob Sumner, Alex T. Grigas, Mark D. Shattuck, and Corey S. O’Hern
Physical Review E  Published: 6 November, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/9wf9-ywhw

Abstract

Proteins are composed of chains of amino acids that fold into complex three-dimensional structures. Several key features, such as the radius of gyration, fraction of core amino acids ƒcore, packing fraction ⟨Φ⟩ of core amino acids, and structure factor S(q) define the structure of folded proteins. It is well-known that folded proteins are compact with a radius of gyration Rg (N)∼Nv that obeys power-law scaling with the number of amino acids and v∼1/3, ƒcore≈0.09, and ⟨Φ⟩≈0.55. We also investigate the internal scaling of the radius of gyration Rg(n) versus the chemical separation between amino acids for subchains of length and show that it does not obey simple power-law scaling with v∼1/3. Instead,Rg (n)∼nv1,2 with a larger exponent v1>1/3 for small and a smaller exponent  v2<1/3 for large . To develop a minimal model for proteins that recapitulates these defining structural features, we carry out collapse simulations for a series of coarse-grained models with increasing complexity. We show that a model, which coarse-grains amino acids into a single spherical backbone bead and several variable-sized side-chain beads and enforces bend- and dihedral-angle constraints for the backbone, recapitulates Rg(n), ƒcore, ⟨Φ⟩, and S(q) for more than 2500 x-ray crystal structures of proteins.

1700応用理学一般
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