3. 結果
3.1. レプリカ交換法シミュレーション
3.1.3. 自由エネルギー地形
タンパク質の構造は上述したように，自由エネルギーを使って表すことができるた め，レプリカ交換法により得られた構造から，自由エネルギー地形を描いた．自由エ ネルギー計算には式（2.117）を用いた．はじめに，EF1およびEF2の各レプリカより 得られた自由エネルギー地形の温度変化による違いをみた．反応座標は根平均二乗変 位（RMSD）と慣性半径 Rgを用いた．RMSD の計算は式（2.82）を用いて計算した．
RMSDおよびRgは主鎖（窒素，不斉炭素，炭素，酸素）について計算した．それらを 組み合わせた頻度分布より得られた自由エネルギー地形を図3.1.3（EF1）および
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
101 102 103 104 105 106
Autocorrelation
Time (ps)
EF1 EF2
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
101 102 103 104 105
Autocorrelation
Time (ps)
300 K 310 K 322.5 K 343 K
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
101 102 103 104 105
Autocorrelation
Time (ps)
300 K 310 K 322.5 K 343 K
(a) (b) (c)
図3.1.4（EF2）に示す．自由エネルギー地形は300 K-450.5 Kの間をある程度等間隔 になるよう選んで描いた．EF1の自由エネルギー地形において，温度変化による自由 エネルギー地形の変化は322.5 Kまで大きくはなかった．また，頻度が高い領域（∆𝐺<
20 kJ/mol）の広がりがあり，構造は幅広くサンプリングされているが，構造の頻度が より高い領域（∆𝐺< 2.5 kJ/mol）の変化はあまり見られなかった．このことから，
EF1 は温度上昇によって変性しにくく，熱安定性があることが示唆されれる．一方，
EF2の自由エネルギー地形を見てみると，343 Kまで，地形に大きな変化はなかった が，温度変化による自由エネルギー地形上の構造の頻度が高い領域の広がりも顕著で あった．高温になるにつれて，エネルギー障壁が崩れ，ランダム構造になることがわ かる．また，図 3.1.5 に異なる温度における自由エネルギー地形の面積を示す．しき い値を∆𝐺< 2.5 kJ/mol，∆𝐺< 3.75 kJ/mol，∆𝐺< 5 kJ/mol，∆𝐺 < 20 kJ/molとし て面積を計算したところ，全体的に EF2 の自由エネルギー地形の面積は EF1 におけ る自由エネルギー地形の面積と比べると，広いことがわかる．これらのことから，EF2 は温度上昇により変性（熱安定性がない）しやすいことが示唆され，EF1に比べ構造 が不安定であることが予想される．
図3.1.3 EF1の異なった温度における自由エネルギー地形．カラーバーは自由エネル ギー差を示し，単位は kJ/mol である．
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
T=300 K T=310 K T=322.5 K
T=343 K T=364 K T=384.5 K
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25
T=405.5 K T=426.5 K 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 T=450.5 K 30
図3.1.4 EF2の異なった温度における自由エネルギー地形
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
T=300 K T=310 K T=322.5 K
T=343 K T=364 K T=384.5 K
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25
T=405.5 K T=426.5 K 30
0 0.4 0.8 1.2 1.6 RMSD (nm) 0.6
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Rg (nm)
0 5 10 15 20 25 T=450.5 K 30
(a) (b)
(c) (d)
図 3.1.5 異なる温度における自由エネルギー地形の面積．（a）が ∆𝐺 < 2.5 kJ/mol
における面積を示し，（b）が ∆𝐺 < 3.75 kJ/mol，（c）が ∆𝐺< 5 kJ/mol，（d）が ∆𝐺<
20 kJ/molの面積である．紫線がEF1，緑線がEF2を示す．