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Scaling analysis of bio-molecular dynamics derived from elastic incoherent neutron scattering experiments

弾性非干渉性中性子散乱実験から得られる生体分子ダイナミクスのスケーリング解析

Doster, W.*; 中川 洋   ; Appavou, M. S.*

Doster, W.*; Nakagawa, Hiroshi; Appavou, M. S.*

中性子散乱による生体分子ダイナミクス研究は、多くの場合、弾性散乱データの解析により原子の平均自乗変位を求める。われわれは、弾性散乱強度にピコからナノ秒スケールの構造揺らぎの情報が含まれていることを定量的に示すための新たな方法を開発した。弾性散乱強度の温度や装置の分解能による変化から、分子運動の活性化エネルギーや相関関数を求めることができる。この二つの方法はスケーリング関数によって統一される。この方法では、非調和運動の見かけ上の開始温度での平均自乗変位に着目するのではなく、温度、運動量変化や装置分解能をパラメータとした完全な弾性散乱関数を解析する。また、水和水の協調的なアルファ緩和からタンパク質の動力学転移を予測できる。さらにベータ緩和は、ガラス転移温度近傍での速い局所的運動の振幅を増大させる。

Numerous neutron scattering studies of bio-molecular dynamics employ a qualitative analysis of elastic scattering data and atomic mean square displacements. We provide a new quantitative approach, showing, that the intensity at zero energy exchange can be a rich source of information of bio-structural fluctuations on a pico- to nano-second time scale. Elastic intensity scans performed either as a function of the temperature and /or by varying the instrumental resolution yield the activation parameters of molecular motions and the approximate structural correlation function in the time domain. The two methods are unified by a scaling function. The complete elastic scattering function versus temperature, momentum exchange and instrumental resolution is analyzed instead of focusing on a single cross-over temperature of mean square displacements at the apparent onset temperature of an-harmonic motions. Our method predicts the protein dynamical transition (PDT) at Td from the collective alpha-structural relaxation rates of the solvation shell as input. By contrast the secondary beta-relaxation enhances the amplitude of fast local motions in the vicinity of the glass temperature Tg.

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パーセンタイル:68.53

分野:Chemistry, Physical

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