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FMO法に基づく計算手法とプログラムの発展的開発

Research Project

Project/Area Number 20038044
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionRikkyo University

Principal Investigator

望月 祐志  Rikkyo University, 理学部, 教授 (00434209)

Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
Keywordsフラグメント / 分子軌道法 / 電子相関 / 分子動力学シミュレーション / 結合クラスター展開 / 多体摂動論 / 水和凝集系 / 並列処理 / 水和反応
Research Abstract

本研究は、FMO法の発展的開発を電子相関計算と分子動力学シミュレーション(FMO-MD)の二つの軸線を取って展開している。各々の平成21年度の成果概要を以下にまとめる。
電子相関計算では、golden standardといえるCCSD(T)まで計算可能なファイルレス並列化エンジンの独自開発に成功したことがハイライトと言える。多電子論では下位の近似は系統的に導出されるので、その特徴を活かしてQCISD(T)やMP4(SDQ)などもキーワード指定でそのまま実行出来る。実行速度的には世界水準をクリアしており、さらにFMO計算との連携も既に取れているために、実タンパク質への応用も出来ている。一例を挙げると、HIV-1プロテアーゼ(198残基)に阻害剤が結合した系のFMO-CCD/6-31G計算が64コアのPCクラスター上でも6日間で完走するレベルであり、かっては想像すら出来なかったタンパク質のCC計算が本研究によって実現されたインパクトは極めて大きい。励起状態の計算では、CIS(D)の繰込み修正を発展させた他、計算コストを低減しつつ精度を保持する新しいアプローチとして2体および3体の励起エネルギー補正法を実装し、蛍光タンパク質群についてテスト計算を行って良好な結果を得た。
FMO-MD関係では、3体のエネルギーと力の補正を実装し、水和系のシミュレーションの信頼性を大幅に改善することに成功した。応用例を示すと、Zn(II)イオンに64個の水を水和させた液滴モデルをHF/6-31Gレベルでシミュレーションしたところ、コレまでの2体ではZn-0距離の平均値は2.09A、3体では2.05Aとなり、実験値の2.06±0.02Aとの対応において後者が勝ることは明らかである。また、懸案であったMP2のエネルギー微分計算の高速並列エンジンの開発にも成功しており、FMO-MDの信頼性が電子相関導入の点からも高められた。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2010 2009 2008

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (10 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Three-body expansion and generalized dynamic fragmentation improve the fragment molecular orbital-based molecular dynamics(FMO-MD)2010

    • Author(s)
      Y.Komeiji*, Y.Mochizuki, T.Nakano
    • Journal Title

      Chem.Phys.Lett. 484

      Pages: 380-386

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fragment molecular orbital-based molecular dynamics(FMO-MD) simulations on hydrated Zn(II) ion2010

    • Author(s)
      T.Fujiwara, Y.Mochizuki*, Y.Komeiji, T.Nakano, Y.Okiyama, H.Mori, E.Miyoshi
    • Journal Title

      Chem.Phys.Lett. 490

      Pages: 41-45

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Accuracy of fragmentation in ab initio calculations of hydrated sodium2009

    • Author(s)
      T.Fujita*, K.Fukuzawa, Y.Mochizuki, T.Nakano, S.Tanaka
    • Journal Title

      Chem.Phys.Lett. 478

      Pages: 295-300

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fragment Molecular Orbital method based Molecular Dynamics(FMO-MD)as a simulator for chemical reactions in explicit solvation2009

    • Author(s)
      Y. Komeiji, T. Ishikawa, Y. Mochizuki, H. Yamataka, T. Nakano
    • Journal Title

      J. Comp. Chem 30

      Pages: 40-50

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fragment molecular orbital calculations on red fluoresc ent proteins(DsRed and mFruits)2009

    • Author(s)
      N. Taguchi, Y. Mochizuki, T. Nakano, S. Amari, K. Fukuzawa, T. Ishikawa, M. Sakurai, S. Tanaka
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B 113

      Pages: 1153-1161

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Application of Dyson-corrected second-order Perturbation theories2009

    • Author(s)
      Y. Mochizuki
    • Journal Title

      Chem. Phys. Lett 472

      Pages: 143-148

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ab initio quantum-chemical study on emission spectra of bioluminescent liciferases by fragment molecular orbital method2009

    • Author(s)
      A. Tagami, N. Ishibashi, D. Kato, N. Taguchi, Y. Mochizuki, M. Ito, H. Watanabe, S. Tanaka
    • Journal Title

      Chem. Phys. Lett 472

      Pages: 118-123

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  • [Journal Article] Fragment Molecular Orbital-based Molecular Dynamics (FM O-MD), a quantum simulation tool for large molecular systems2009

    • Author(s)
      Y. Komeiji, Y. Mochizuki, T. Nakano, -D. G. Fedorov
    • Journal Title

      J. Mole. Struct. (Theochem) 898

      Pages: 2-7

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  • [Journal Article] Possibility of Mutation Prediction of Influenza Hemagglutinin by Combination of Hemadsorption Experiment and Quantum Chemical Calculation for Antibody Binding2009

    • Author(s)
      K. Takematsu, K. Fukuzawa, K. Omagari, S. Nakajima, K. Nakajima, Y. Mochizuki, T. Nakano, H. Watanabe, S. Tanaka
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B (in press)

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  • [Presentation] Large-scale correlated calculations with fragment molecular orbital scheme2009

    • Author(s)
      Y.Mochizuki
    • Organizer
      CESTC2009
    • Place of Presentation
      Dobogoko, Hungary
    • Year and Date
      2009-09-26
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  • [Presentation] フラグメント分子軌道法によるポリシラン類の物性に関する理論的研究2009

    • Author(s)
      田口尚貴, 望月祐志, 石川岳志, 中野達也, 森寛敏, 三好永作, 田中成典
    • Organizer
      日本化学会第89春季年会(ポスター)
    • Place of Presentation
      習志野
    • Year and Date
      2009-03-27
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  • [Presentation] ポリシラン類の物性に関する理論的研究2009

    • Author(s)
      田口尚貴, 望月祐志, 石川岳志, 中野達也, 森寛敏, 三好永作, 田中成典
    • Organizer
      スーパーコンピューターワークショップ2009(ポスター)
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Year and Date
      2009-01-09
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  • [Presentation] 赤色蛍光タンパク質の励起状態に関する理論的研究2008

    • Author(s)
      田口尚貴, 望月祐志, 中野達也, 甘利真司, 福澤薫, 石川岳志, 櫻井実, 田中成典
    • Organizer
      バイオスーパーコンピューティング・シンポジウム(BSCS)2008(ポスター)
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2008-12-25
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  • [Presentation] FMO法に基づく電子相関計算と分子動力学計算(依頼講演)2008

    • Author(s)
      望月祐志
    • Organizer
      科学研究費補助金特定領域研究[実在系/の分子理論]成果報告会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2008-12-14
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  • [Presentation] フラグメント分子軌道法におけるpost-HF計算の高速化2008

    • Author(s)
      望月祐志, 山下勝美, 中野達也, 田中成典
    • Organizer
      分子科学討論会(口頭)
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2008-09-24
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Study of the Excited States of DsRed Mutants by Fragment Molecular Orbital Method2008

    • Author(s)
      N. Taguchi, Y. Mochizuki, T. Nakano, T. Ishikawa, K. Fukuzawa, M. Sakurai, S. Tanaka
    • Organizer
      WATOC2008 (Poster)
    • Place of Presentation
      オーストラリア、シドニー
    • Year and Date
      2008-09-15
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] フラグメント分子軌道法計算を応用したインフルエンザヘマグルチニンの変異基盤解析2008

    • Author(s)
      竹松和友, 福澤薫, 中島捷久, 尾曲克巳, 望月祐志, 渡邉博文, 田中成典
    • Organizer
      分子科学討論会(ポスター)
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2008-08-25
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  • [Presentation] Recent Progress in the Fragment Molecular Orbital Method (Invited talk)2008

    • Author(s)
      Y. Mochizuki
    • Organizer
      CECAM Workshop (http://www.cecam.org)
    • Place of Presentation
      フランス、リヨン
    • Year and Date
      2008-05-27
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  • [Presentation] フラグメント分子軌道法によるDsRed類縁種の励起状態に関する理論的研究2008

    • Author(s)
      田口尚貴, 望月祐志, 中野達也, 石川岳志, 福澤薫, 櫻井実, 田中成典
    • Organizer
      理論化学討論会(口頭)
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2008-05-23
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      2008 Annual Research Report
  • [Book] Fragment Molecular Orbital Method : Practical Applications to Large Molecular Systems, edited by K. Kitaura and D. G. Fedorov (in Chapter 4)(印刷中)2009

    • Author(s)
      Y. Mochizuki*, N. Taguch i, T. Nakano, S. Tanaka
    • Publisher
      CRC press, Boca Raton
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      2008 Annual Research Report
  • [Book] プログラムで実践する生体分子量子化学計算2008

    • Author(s)
      佐藤文俊, 中野達也, 望月祐志(共同分担執筆)
    • Total Pages
      235
    • Publisher
      森北出版
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      2008 Annual Research Report

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Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

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