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タンパク質計算科学―基礎と創薬への応用―(CD-ROM付き) 

書籍情報
ISBN978-4-320-05694-7
判型B5 
ページ数264ページ
発行年月2009年08月
本体価格5,000円
タンパク質計算科学 書影
タンパク質計算科学

 新薬開発の手法に多くの注目が集まっているなか,創薬を目的としたタンパク質の計算科学(分子シミュレーション)の初めてのテキストである。本書では,医薬品の標的であるタンパク質を,物理学や化学に基づいて解説した後,タンパク質の分子シミュレーションや低分子とのドッキングシミュレーションについて,プログラムの入出力方法や結果の見方をわかりやすく説明している。付録CD-ROMの「分子動力学実習」と「ドッキング実習」では,テキストの第4章,第7章の内容を,初学者でも容易に習得できるように手ほどきしてある。

目次

第1章 タンパク質計算科学とその応用
1.1 タンパク質計算科学とは
1.2 タンパク質はヘテロな系である
1.3 タンパク質の高度な機能はその立体構造が担う
1.4 タンパク質はダイナミックである
1.5 タンパク質計算科学が担う新たな産業

第2章 タンパク質の構造とデータベース
2.1 タンパク質の構造とデータベース
 2.1.1 タンパク質と天然アミノ酸
 2.1.2 アミノ酸配列のデータ記述とデータベース
 2.1.3 相同タンパク質とアラインメント
 2.1.4 タンパク質の配列アラインメント
 2.1.5 タンパク質のファミリーとスーパーファミリー
 2.1.6 タンパク質の立体構造のデータベース(PDB)の紹介
 2.1.7 タンパク質立体構造データの記述法
 2.1.8 タンパク質のフォールド分類
 2.1.9 PDBjの利用法(i) 構造データの取得
 2.1.10 PDBjの利用法(ii) タンパク質の配列と構造のアラインメント
 2.1.11 タンパク質の分子表面のデータベースと類似性検索
 2.1.12 タンパク質の局所構造の類似性検索
 2.1.13 タンパク質の構造と配列の双方による機能分類
 2.1.14 タンパク質のダイナミクス・データベース(ProMode)
 2.1.15 タンパク質の相互作用データベース
2.2 低分子化合物の構造情報とデータベース
 2.2.1 化合物データベース
 2.2.2 構造データの記述フォーマット
 2.2.3 低分子化合物に求められる条件
 2.2.4 分子力場の生成と分子構造の作成
 2.2.5 立体構造の作成
 2.2.6 myPrestoにおけるGAFF力場の記載方法
 2.2.7 GAFF力場の限界

第3章 分子の物性計算
3.1 分子の電子状態とその計算
 3.1.1 原子軌道
 3.1.2 分子軌道
 3.1.3 パウリの原理
 3.1.4 分子軌道計算の分類
 3.1.5 非経験的分子軌道計算に用いられる基底関数
 3.1.6 非経験的分子軌道計算:理論レベル(i)
 3.1.7 非経験的分子軌道計算:理論レベル(ii)
 3.1.8 分子軌道計算プログラム
 3.1.9 水分子の分子軌道
 3.1.10 ホルムアルデヒドの分子軌道
 3.1.11 構造最適化計算
 3.1.12 構造最適化計算の実行例
 3.1.13 配座エネルギー解析
 3.1.14 ポピュレーション解析
 3.1.15 ポピュレーション解析の実行例
 3.1.16 生化学実験
 3.1.17 酵素の構造と機能
 3.1.18 酵素反応の解析
 3.1.19 遷移状態安定化の重要性
 3.1.20 酵素反応の解析:キモトリプシンのアシル化反応の機構
 3.1.21 酵素反応の解析:キモトリプシンの脱アシル化反応の機構
 3.1.22 酵素反応の解析:脱アシル化反応の分子軌道計算
 3.1.23 タンパク質の電子状態解析:Protein DF による応用研究
3.2 タンパク質の電気物性
 3.2.1 タンパク質の電気的性質の特徴
 3.2.2 αヘリックスによる永久電気双極子モーメント
 3.2.3 連続体近似によるタンパク質が作る電場・電位の解析
 3.2.4 pKaの計算による予測(i)
 3.2.5 pKaの計算による予測(ii)
 3.2.6 ボルンエネルギーと一般化ボルン法
 3.2.7 分子表面での電位のGRASP表示とeF-siteデータベース
3.3 タンパク質の水和自由エネルギー
 3.3.1 タンパク質の疎水相互作用
 3.3.2 GB/SA手法による溶媒の近似的取り扱い

第4章 分子動力学計算
4.1 分子動力学計算の基礎
 4.1.1 分子動力学計算の歴史
 4.1.2 分子動力学計算でできること
 4.1.3 分子動力学計算とは
 4.1.4 分子動力学計算のデータとパラメータ
 4.1.5 代表的な分子動力学計算プログラム
4.2 ニュートン方程式の解法と時間積分法
 4.2.1 ニュートンの運動法的式の解法:位置を求める
 4.2.2 ニュートンの運動方程式の解法:速度を求める
 4.2.3 Verlet法
 4.2.4 速度Verlet法
 4.2.5 Verlet法と速度Verlet法の誤差
 4.2.6 蛙飛び法
4.3 分子力場
 4.3.1 分子力場とは
 4.3.2 分子力場の表式:結合項
 4.3.3 分子力場の表式:非結合項(静電エネルギー)
 4.3.4 分子力場の表式:非結合項(ファンデルワールス・エネルギー)
 4.3.5 エネルギーと力の関係
 4.3.6 タンパク質の分子力場
 4.3.7 タンパク質の分子力場のわりあて
 4.3.8 アラニンの分子力場
 4.3.9 とくに重要な分子力場のパラメータの算出
 4.3.10 CHARMm分子力場:AMBER分子力場との相違
 4.3.11 水分子の分子力場
4.4 統計アンサンブル
 4.4.1 さまざまなアンサンブル
 4.4.2 カノニカルアンサンブル
 4.4.3 constant temperature法
 4.4.4 速度スケーリング法とBerendsen法
 4.4.5 NPTアンサンブル:能勢-アンダーソン法
 4.4.6 能勢-アンダーソン法:仮想系のハミルトニアンと現実系の運動方程式
4.5 遠距離(静電)相互作用の計算法
 4.5.1 境界条件
 4.5.2 静電相互作用の計算法
 4.5.3 長距離相互作用計算の基本的な考え方
 4.5.4 Ewald法
 4.5.5 Particle Mesh Ewald法
 4.5.6 多重極展開法:考え方
 4.5.7 多重極展開法:CMM 法とFMM 法
4.6 さまざまな束縛法
 4.6.1 SHAKEの概要
 4.6.2 SHAKE:束縛条件下の運動方程式
 4.6.3 剛体法
 4.6.4 その他の束縛法
4.7 量子力学と古典力学の融合
 4.7.1 QM/MM法による分子動力学計算

第5章 タンパク質の構造予測とモデリング
5.1 タンパク質の天然変性状態とその予測
 5.1.1 タンパク質の構造と機能の新しいパラダイム:天然変性タンパク質
 5.1.2 天然変性タンパク質の特徴とその予測
 5.1.3 天然変性タンパク質の生物学的および物理化学的理由
5.2 タンパク質の高次構造の予測
 5.2.1 膜貫通部位の予測
 5.2.2 タンパク質の2次構造とアミノ酸との関係
 5.2.3 2 次構造の傾向性とアミノ酸との間に見られる相関の理由
5.3 タンパク質のホモロジー・モデリング
 5.3.1 鋳型となる相同タンパク質の決定
 5.3.2 主鎖構造の構築(i) ループサーチの方法
 5.3.3 主鎖構造の構築(ii) 構造探索による安定なループのモデリング
 5.3.4 側鎖構造の構築(i) 安定な側鎖構造
 5.3.5 側鎖構造の構築(ii) 側鎖構造の組合せ最適化
 5.3.6 ホモロジー・モデリングの例
 5.3.7 タンパク質のab initio立体構造予測
5.4 タンパク質間相互作用の予測と複合体モデリング
 5.4.1 タンパク質間相互作用の統計的な特徴
 5.4.2 進化トレース(ET)法
 5.4.3 ET法と分子表面の相補性を加えたタンパク質ドッキング
 5.4.4 CAPRIとその他のドッキング手法

第6章 自由エネルギー計算の原理とタンパク質への応用
6.1 自由エネルギーとその計算手法
 6.1.1 定義と計算手法
 6.1.2 Potential of Mean Force(PMF)と自由エネルギー地形
 6.1.3 自由エネルギー摂動法
 6.1.4 Thermodynamic Integration法
 6.1.5 アンブレラ・サンプリング法とその原理
 6.1.6 WHAMとアンブレラ積分法
 6.1.7 アンブレラ・サンプリング法による計算例(i)
 6.1.8 アンブレラ・サンプリング法による計算例(ii)
 6.1.9 マルチカノニカル法とその原理
 6.1.10 マルチカノニカル分子動力学法による自由エネルギー地形
 6.1.11 レプリカ交換法
 6.1.12 Tsallis統計とその応用
6.2 ペプチド・タンパク質の自由エネルギー計算
 6.2.1 ペプチドの構造形成
 6.2.2 タンパク質の構造形成
 6.2.3 リガンドとタンパク質の結合自由エネルギー計算
 6.2.4 構造探索へのさらなる効率化

第7章 タンパク質を標的とする薬物スクリーニング
7.1 薬物スクリーニング:概説
7.2 タンパク質-化合物ドッキングソフトの歴史
7.3 水中での分子間相互作用
7.4 タンパク質-化合物ドッキングソフトのスコア関数形
 7.4.1 物理化学的スコア関数を用いる方法:DOCK
 7.4.2 物理化学的スコア関数を用いる方法:AutoDock
 7.4.3 経験的スコア関数を用いる方法:PRO-LEAD
 7.4.4 経験的スコア関数を用いる方法:GOLD Chemscore
 7.4.5 統計的スコア関数を用いる方法
7.5 タンパク質-化合物ドッキングソフトの構造探索手法
 7.5.1 DOCK
 7.5.2 FlexXなどでの幾何学ハッシング(geometrical hashing)法
 7.5.3 その他の構造探索手法
7.6 pharmacophoa fingerprint
7.7 タンパク質-化合物ドッキングソフトのリガンド配座の発生方法
7.8 タンパク質-化合物ドッキングソフトの精度
 7.8.1 タンパク質-薬物複合体の予測立体構造の精度
 7.8.2 タンパク質-薬物複合体の結合自由エネルギーの見積もり精度
 7.8.3 既知化合物を用いたときの薬物スクリーニング試験
7.9 データベースエンリッチメントカーブ
7.10 タンパク質-化合物ドッキングソフトmyPresto sievgeneの概要 
7.11 in silicoスクリーニング手法
 7.11.1 Multiple Target Screening(MTS)法
 7.11.2 タンパク質の分類
 7.11.3 Docking Score Index(DSI)法
 7.11.4 その他のスクリーニング手法
7.12 タンパク質-薬物複合体予測の精密化
7.13 コンセンサススコア
7.14 リガンドとタンパク質の結合自由エネルギー計算
 7.14.1 7.14.1 Filling Potential(FP)法
 7.14.2 その他の結合自由エネルギー計算の手法

索引

●CD-ROMの概要
◇分子動力学実習
◇ドッキング実習
フリーで利用できるソフトに加えて,本実習用に作成した簡単なプログラムやデータを使うことにより,実習テキストに従って作業を行えば,初学者でも容易に習得できる。
◇第1~7章の図のカラー版
本書に掲載されている全図のカラー版(一部は白黒)