새롭고 효과적인 분자동력학 방법들을 이용한 단백질 folding과 단백질 리간드 docking의 컴퓨터 모의실험연구 Computer simulations of protein folding and protein-ligand docking using new molecular dynamics simulation methods원문보기
연구목표 단백질 접힘의 구조와 동력학 단백질-리간드의 구조 예측을 위한 보다 효과적인 분자 동력학적 방법의 개발과 응용연구 연구내용 16개의 아미노산기를 갖는 헬리칼 펩타이드의 수용액상 접힘 구조를 GB 수용액 모델을 이용하여 새로 개발된 QJMD를 사용하여 성공적으로 예측하였고 기존의 분자 동력학 방법을 높은 온도에서 GB 모텔을 사용하여 20-30개의 다양한 구조를 갖는 펩타이드($\beta$-hairpin, three strand $\beta$ sheet, $\b
연구목표 단백질 접힘의 구조와 동력학 단백질-리간드의 구조 예측을 위한 보다 효과적인 분자 동력학적 방법의 개발과 응용연구 연구내용 16개의 아미노산기를 갖는 헬리칼 펩타이드의 수용액상 접힘 구조를 GB 수용액 모델을 이용하여 새로 개발된 QJMD를 사용하여 성공적으로 예측하였고 기존의 분자 동력학 방법을 높은 온도에서 GB 모텔을 사용하여 20-30개의 다양한 구조를 갖는 펩타이드($\beta$-hairpin, three strand $\beta$ sheet, $\beta$$\beta$$\alpha$)의 접힘 현상과 구조를 예측하였다. 기존의 유용한 단백질 접힘 연구의 계산 방법인 multicanonical 분자동력학 방법에 가장 정교한 Nose-Hoover Chain 알고리듬을 적용하여 카노니칼 분포를 정확히 얻을수 있음을 보였다. 현재는 큰규모의 병렬화된 컴퓨터를 이용하여 기존의 Replica Exchange (REM) 분자동력학 방법을 QJMD의 방법과 결합하여 q-REM의 소스코드의 개발을 여러 기존의 분자동력학 프로그램에 적용 추진중이다. 연구성과 본 연구는 단백질 구조, 접힘의 문제 나아가서는 단백질과-리간드의 결합모드 예측을 신속하고 정확하게 하기 위한 새로운 분자동력학의 개발과 응용에 있다. 이와 관련해 새로운 분자 동력학 방법의 개발연구로 수용액상에서도 효과적인 QJMD의 개발하였고 (Y. Pak, S. Jang, and S. Shin, J. Chem. Phys. 116, 6831 (2002)) 복잡한 분자계의 구조를 예측하는데 효과적인 multicanonical 분자동력학 방법을 위한 정교한 thermostat (Nose-Hoover Chain)의 도입을 통해 카노니칼 분포의 재연을 최초로 증명하였다.(Jang, Y. Pak, and S. Shin, J. Chem. Phys. 116, 4782 (2002).] 또한 본인에 의해 개발된 QJMD이 카노니컬 분포를 얻지 못하는 단점을 극복하기 위해 거대 병렬화 작업을 통해 q-REM 방법의 코드개발을 여러 가지 분자 동력학 프로그램에 설치하는 노력을 기울이고 있다. 기존의 분자동력학 방법을 약간의 높은 온도에서 GB 수용액 모델을 사용하여 여러가지 다양한 형태의 펩타이들의 접힘 현상의 구조와 동력학을 규명하였다. [S.Jang, S. Shin, and Y. Pak, J. Am. Chem. Soc. (Comm.). 124, 4976 (2002).] 현재까지 세편의 논문을 국제 학술지에 게제 하였다.
Abstract▼
Purpose of Research The purpose of the research is to develop new molecular dynamincs scheme to predict protein folding and protein-ligand folding and to apply this method for practical problems of structural biology. Contents of Research Using a new molecular dynamics simulation method (Q
Purpose of Research The purpose of the research is to develop new molecular dynamincs scheme to predict protein folding and protein-ligand folding and to apply this method for practical problems of structural biology. Contents of Research Using a new molecular dynamics simulation method (QJMD), we investigated a solution structures of a 16-residue helical protein using generalized Born model. We also demonstrated that Nose-Hoover chain thermostat produced correct canonical distributions for the multicanonical MD method. Motivated by the success of QJMD, we have been developing q-replica exchange MD based on massive parallel computation. This new method appears to be far better than the conventional REM, producing correct canonical distributions. In order to investigate folding of various peptides in solvation, we carried out high temperature MD simulations with GB solvation model. We were able to predict folded structures for those peptides(20-30 residues), starting from their sequences. Effectiveness of Research The main purpose of the current research is to develop new efficient MD methods for study of protein folding and protein-ligand complexation. In develpment of new MD schemes, we already apply QJMD(q-jumping MD) for folding study of a 16-residue peptide in solvation [Y. Pak, S. Jang, and S. Shin, J. Chem. Phys. 116, 6831 (2002)]. We also first showed that Nose-Hoover thermostat algorithm can be used to produce canonical distributions in conjunction with multicanonical MD algorithm.[Jang, Y. Pak, and S. Shin, J. Chem. Phys. 116, 4782 (2002).] As a way to improve the previous QJMD, we proposed a new scheme called q-REM(q-Replica Exchange Method) and its implementations have been underway on various MD programs. Finally using high temperature MD scheme with generalized Born (GB) model, folding behaviors of various peptides were revealed.[ S. Jang, S. Shin, and Y. Pak, J. Am. Chem. Soc. (Co[Smm.). 124, 4976 (2002).]
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