NMR緩和分散法と理論化学計算に基づいた蛋白質遷移状態の構造決定法の開発

• Project/Area Number: 09J02201
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Nagoya University (2011); Osaka University (2009-2010)
• Principal Investigator: 横川 大輔 名古屋大学, 理学研究科, 助教
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥9,000,000 (Direct Cost: ¥9,000,000); Fiscal Year 2011: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2010: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2009: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: 溶液内化学反応 / RISM-SCF-SEDD / 分子間ポテンシャル / 量子化学計算 / シスプラチン / 分子シミュレーション / 交換反発エネルギー / 自由エネルギー解析 / ペプチド / PHドメイン / ヘリックス / 力場 / 核磁気共鳴(NMR) / 揺らぎ / 積分方程式理論

Research Abstract

エントロピーに注目した化学反応計算
本年度は溶液内化学反応の詳細な解析を行った。取り組んだ系は、抗がん剤の一つであるシスプラチンの加水分解反応である。この化合物は、白金に2つのアンモニウム配位子、2つの塩化物イオンが配位した4配位錯体である。血中では、この4配位錯体として存在する一方で、細胞内では水分子による置換反応を受けて、塩化物イオンが水分子に1つ置換されたモノアコ錯体、2つ置換されたジアコ錯体になることが提案されている。この水和により形成された錯体がDNAと結合し機能を発揮する。この細胞内外で、シスプラチン、モノアコ、ジアコ錯体の安定性を議論するためには、水和を考慮した高精度な量子科学計算だけでなく、塩化物イオン濃度に着目したエントロピックな考察も必要である。本研究ではこれまでに開発してきた、量子科学計算と溶媒和を統計力学的に解析できるRISM法を組み合わせたRISM-SCF-SEDD法を用いて解析を行った。さらに、濃度に着目した考察は統計力学に基づき行った。これらの結果はDalton Transaction(40,11125(2011))で報告済みである。
量子科学的手法に基づく分子間ポテンシャルの設計
上記の蛋白質、シスプラチンの計算では、分子間の相互作用を記述するためのポテンシャルが非常に重要になってくる。ここでの研究では、従来の経験的に決められたパラメータセットを用いて記述されるようなポテンシャルを用いていた。このポテンシャルはシンプルな系では、妥当な結果を与えることが分かっている一方で、金属を含むような複雑な系においては正しい結果を与えないことが多々ある。そこでこの経験的に決定されてきたポテンシャルを、量子科学的手法に基づき、非経験的に決定する手法の開発を前年度から進めた。本年度は導出した手法、結果をまとめて、学術誌Chem. Phys. Lett.に投稿した。

Research Products

• [Journal Article] Theoretical study on the molecular structures of X-, α- and β-types of lithium phthalocyanine dimer (2011)
  • Author(s): M.Sumimoto, K.Kawashima, D.Yokogawa, K.Hori, H.Fujimoto
  • Journal Title: J.Comput.Chem. Volume: 32 Issue: 14 Pages: 3062-3067
  • DOI: 10.1002/jcc.21889
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theoretical investigation of the molecular structures and excitation spectra of triphenylamine and its derivatives (2011)
  • Author(s): M.Sumimoto, D.Yokogawa, M.Komeda, H.Yamamoto, K.Hori, H.Fujimoto
  • Journal Title: Spectrochim. Acta Part A Volume: 81 Issue: 1 Pages: 653-660
  • DOI: 10.1016/j.saa.2011.06.069
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theoretical study on aquation reaction of cis-platin complex : RISM-SCF-SEDD, a hybrid approach of accurate quantum chemical method and statistical mechanics (2011)
  • Author(s): D.Yokogawa, K.Ono, H.Sato, S.Sakaki
  • Journal Title: Dalton Trans. Volume: 40 Issue: 42 Pages: 11125-11130
  • DOI: 10.1039/c1dt10703h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of isotropic site-site potential for exchange repulsion energy based on ab initio calculation. I.Closed shell system (2011)
  • Author(s): D.Yokogawa
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. Volume: 515 Issue: 1-3 Pages: 179-185
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2011.08.094
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An analysis of 3D solvation structure in biomolecules : Application to coiled coil serine and Bacteriorhodopsin (2010)
  • Author(s): K.Hirano, D.Yokoeawa, H.Sato, S.Sakaki
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B Volume: 114 Pages: 7935-7941
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Calculation of thermodynamic quantities based on DFT in the energy representation (2010)
  • Author(s): 横川大輔
  • Journal Title: 物性研究 Volume: 95 Pages: 314-316
• [Journal Article] Aqueous solvation of p-aminobenzonitrile in the excited states : A molecular level theory on density dependence (2010)
  • Author(s): D.Yokogawa, H.Sato, S.Sakaki, Y.Kimura
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 114 Pages: 910-914
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An integral equation theory for structural fluctuation in molecular liquid (2010)
  • Author(s): D.Yokogawa, H.Sato, S.Sakaki
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. 487 Pages: 241-245
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Theoretical Analysis of a Diels-Alder Reaction in Ionic Liquids (2009)
  • Author(s): S.Hayaki, K.Kido, D.Yokogawa, H.Sato, S.Sakaki
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 113 Pages: 8227-8230
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carbon Dioxide Capture at the Molecular Level (2009)
  • Author(s): K.Iida, D.Yokogawa, A.Ikeda, H.Sato, S.Sakaki
  • Journal Title: Phys.Chem.Chem.Phys. 11 Pages: 8556-8559
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Additive Isotropic Site Potential for Exchange Repulsion Energy, based on Intermolecular Perturbation Theory (2009)
  • Author(s): D.Yokogawa, H.Sato, S.Gusarov, A.Kovalenko
  • Journal Title: Can.J.Chem. 87 Pages: 1727-1732
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analytical energy gradient for reference interaction site model self-consistent-field explicitly including spatial electron density distribution (2009)
  • Author(s): D.Yokogawa, H.Sato, S.Sakaki
  • Journal Title: J.Chem.Phys. 131 Pages: 214504-214504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A robust approach to calculate entropy change based on density functional theory in the energy representation (2009)
  • Author(s): D.Yokogawa, T.Ikegami
  • Journal Title: J.Chem.Phys. 131 Pages: 221101-221101
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 交換反発エネルギーのための等方的サイトーサイトポテンシャルの量子化学的手法に基づく構築 (2011)
  • Author(s): 横川大輔, 池上貴久
  • Organizer: 第34回溶液化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋)
  • Year and Date: 2011-11-17
• [Presentation] Theoretical study on aquation reaction of cis-platin complex using RISM-SCF-SEDD (2011)
  • Author(s): Daisuke Yokogawa, Kohei Ono, Hirofumi Sato, Shigeyoshi Sakaki
  • Organizer: The 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京)
  • Year and Date: 2011-09-04
• [Presentation] 溶液の理論化学:積分方程式理論に基づいた手法の開発と応用 (2011)
  • Author(s): 横川大輔
  • Organizer: スーパーコンピュータワークショップ2011
  • Place of Presentation: 自然科学研究機構(招待講演)
  • Year and Date: 2011-01-24
• [Presentation] エネルギー表示、座標表示の積分方程式を利用した溶媒和自由エネルギー計算法の開発 (2010)
  • Author(s): 横川大輔, 池上貴久
  • Organizer: 第33回溶液化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2010-11-16
• [Presentation] 分布関数を用いた熱力学量の計算 (2010)
  • Author(s): 横川大輔
  • Organizer: 第33回溶液化学シンポジウムプレシンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] Calculation of thermodynamic quantities based on DFT in the energy representation (2010)
  • Author(s): Daisuke Yokogawa
  • Organizer: 4th Mini-Symposium on Liquids
  • Place of Presentation: 九州大学(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-26
• [Presentation] エネルギー表示の積分方程式理論に基づくエントロピー計算法の開発 (2009)
  • Author(s): 横川大輔、池上貴久
  • Organizer: 第32回溶液化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2009-11-19