DNAの電気伝導性と構造揺らぎに関する理論的研究

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 21107529
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: 吉田 紀生 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (10390650)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2010: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2009: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 3D-RISM-SCF / DNA / 電気伝導 / 正孔移動 / 構造揺らぎ

Research Abstract

平成21年度に開発したQM/MM/RISMプログラムにDNAの電子状態と構造揺らぎを効率的に解析するための改良を施した。まず、DNAのような強く分極した部位をもつ分子に対する計算安定性を向上させるために、RESP法による部分電荷決定手法を取り入れた。また、QM/MM/RISMアルゴリズムで溶媒効果による構造揺らぎを効率よく探索するために、RESP法を含めた形での自由エネルギーの解析的な一次微分の式を導出し、構造探索プログラムへの導入を行った。本プログラムは前年につづいてDNAのインターカレーションの解析に用いた。本研究の成果はJournal of Molecular Liquids誌に掲載された。
本プログラム用いてDNAのB-Z構造転位に関する研究も行った。この研究成果はJournal of Physical Chemistry B誌に掲載された。
他にも、本新学術領域内の共同研究として、奈良先端大の片岡教授および分子科学研究所の平田教授と蛍光蛋白質のPYP内部に閉じ込められた水のプロトン化状態に関する研究を行った。この研究は論文としてまとめられ、現在Journal of Molecular Liquids誌へ投稿中である。

Research Products

• [Journal Article] Affinity of Small Ligands to Myoglobin Studied by the 3D-RISM Theory (2011)
  • Author(s): Yasuomi Kiyota, Norio Yoshida, Fumio Hirata
  • Journal Title: Journal of Molecular Liquids Volume: Vol.159 Pages: 93-98
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The electronic-structure theory of a large-molecular system in solution : Application to the intercalation of proflavine with solvated DNA (2011)
  • Author(s): Norio Yoshida, Yasuomi Kiyota, Fumio Hirata
  • Journal Title: Journal of Molecular Liquids Volume: Vol.159 Pages: 83-92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proton transport through the Influenza A M2 channel : 3D-RISM Study (2010)
  • Author(s): Saree Phongphanphanee, Thanyada Rungrotmongkol, Norio Yoshida, Supot Hannongbua, Fumio Hirata
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: Vol.132 Pages: 9782-9788
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Selectivity in Aquaporin Channels Studied by the 3D-RISM Theory (2010)
  • Author(s): Saree Phongphanphanee, Norio Yoshida, Fumio Hirata
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B Volume: Vol.114 Pages: 7967-7973
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Revisiting the Salt-Induced Conformational Change of DNA with 3D-RISM Theory (2010)
  • Author(s): Yutaka Maruyama, Norio Yoshida, Fumio Hirata
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B Volume: Vol.114 Pages: 6464-6471
  • Peer Reviewed
• [Presentation] QM/MM/3D-RISM study of solvation and electronic structure of DNA (2011)
  • Author(s): Norio Yoshida
  • Organizer: American Physical Society Meeting 2011
  • Place of Presentation: Dallas convention center, Dallas, TX, USA
  • Year and Date: 2011-03-23
• [Presentation] Development of the QM/MM/RISM theory : Application to the intercalation of proflavine with solvated DNA (2011)
  • Author(s): Yoshida Norio
  • Organizer: Third Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences-Experiments and Simulations
  • Place of Presentation: Lotte hotel, Jeju, Korea
  • Year and Date: 2011-02-28
• [Presentation] バイオマス利用に向けた酵素反応解析 (2011)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 物性研・CMSI・次世代ナノ情報 合同研究会「計算物質科学の課題と展望」
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所、千葉県
  • Year and Date: 2011-01-07
• [Presentation] Development of the QM/MM/RISM theory : Application to the intercalation of proflavine with solvated DNA (2010)
  • Author(s): Norio Yoshida
  • Organizer: Pacifichem 2011
  • Place of Presentation: Hawaii convention center, Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] QM/MM/RISM理論の開発とその応用 (2010)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 第24回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: AOSSA福井、福井県
  • Year and Date: 2010-11-25
• [Presentation] QM/MM/RISM理論の開発と応用 (2010)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 第33回溶液化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学100周年記念会館、京都府
  • Year and Date: 2010-11-17
• [Presentation] QM/MM/RISM理論によるDNAインターカレーションの解析 (2010)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 第4回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学、大阪府
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] QM/MM/3D-RISM study of solvation and electronic structure of DNA (2010)
  • Author(s): Norio Yoshida
  • Organizer: EMLG-JMLG Annual Meeting 2010
  • Place of Presentation: Ivan Franko National University, Lviv, Ukraine
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] "計算科学"と"計算機科学"の連携による統計力学理論の超高並列化への挑戦 (2010)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: SS研HPCフォーラムe-scienceのフロンティア
  • Place of Presentation: 汐留シティセンター、東京都
  • Year and Date: 2010-08-26
• [Presentation] QM/MM/RISM理論によるDNAインターカレーションの解析 (2010)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 第13回理論化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館、北海道
  • Year and Date: 2010-05-24
• [Presentation] QM/MM/3D-RISM study of solvation and electronic structure of DNA (2010)
  • Author(s): 吉田紀生、平田文男
  • Organizer: 239th American Chemical Society National Meeting & Exposition
  • Place of Presentation: San Fransisco(USA)
  • Year and Date: 2010-03-23
• [Presentation] QM/MM/3D-RISM study of solvation and electronic structure of DNA (2010)
  • Author(s): 吉田紀生、平田文男
  • Organizer: 文部科学省「最先端・高性能汎用スーパーコンピューターの開発利用」プロジェクト次世代ナノ統合シミュレーションソフトウェアの研究開発第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • Year and Date: 2010-03-03
• [Presentation] QM/MM/3D-RISMの開発と応用 (2010)
  • Author(s): 吉田紀生、平田文男
  • Organizer: スーパーコンピューターワークショップ2010
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • Year and Date: 2010-01-13
• [Presentation] Theoretical Study of electronic structure of wet-DNA (2009)
  • Author(s): 吉田紀生、平田文男
  • Organizer: 揺らぎが機能を決める生命分子の科学第3回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学豊田講堂(愛知県)
  • Year and Date: 2009-12-20
• [Presentation] 3D-RISM理論によるタンパク質の分子認識の解析 (2009)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー分子科学を基盤とした生命活動への理論的アプローチ
  • Place of Presentation: 大阪大学蛋白質研究所(大阪府)
  • Year and Date: 2009-12-03
• [Presentation] QM/MM/3D-RISMによるDNAの水和構造と電子状態の研究 (2009)
  • Author(s): 吉田紀生、平田文男
  • Organizer: 第32回溶液化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ(新潟県)
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] Density-functional theoretical study combined with integral equation theory on wet-DNA (2009)
  • Author(s): 吉田紀生、平田文男
  • Organizer: EMLG/JMLG Annual Meeting "Intermolecular Interactions and Liquid Structure"
  • Place of Presentation: Salzburg(Austria)
  • Year and Date: 2009-09-08
• [Presentation] Density-functional theoretical study combined with integral equation theory on wet-DNA (2009)
  • Author(s): 吉田紀生、平田文男
  • Organizer: 13th International Conference on the Application of Density Functional Theory in Chemistry and Physics, DFT2009
  • Place of Presentation: Lyon(France)
  • Year and Date: 2009-09-02
• [Presentation] 3D-RISM理論の生体分子への応用と次世代スーパーコンピューターでの展開 (2009)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: 第22期CAMMフォーラム
  • Place of Presentation: 虎ノ門パストラル(東京都)
  • Year and Date: 2009-08-07
• [Presentation] 3D-RISM理論による蛋白質の分子認識の解析 (2009)
  • Author(s): 吉田紀生、平田文男
  • Organizer: 第12回理論化学討論会
  • Place of Presentation: 武田先端知ビル(東京都)
  • Year and Date: 2009-05-29
• [Presentation] 液体の積分方程式理論の解法と、電子状態計算との連成時の問題 (2009)
  • Author(s): 吉田紀生
  • Organizer: アルゴリズムによる計算科学の融合と発展
  • Place of Presentation: 筑波大学計算科学研究センター(茨城県)
  • Year and Date: 2009-04-22
• [Book] Chapter 4 in Bihan and Fukuyama(Ed.) : "Water, the forgotten biological molecule." (2011)
  • Author(s): Norio Yoshida, Yasuomi Kiyota, Thanyada Rungrotmongkol, Saree Phongphanphanee, Takashi Imai, Fumio Hirata
  • Total Pages: 24
  • Publisher: Pan Stanford Publishing
• [Book] Model-Free "Solvent Modeling" in Chemistry and Biochemistry Based on the Statistical Mechanics of Liquids, in Feig(Ed.) : "Modeling Solvent Environments." (2010)
  • Author(s): Norio Yoshida, Yasuomi Kiyota, Yasuhiro Ikuta, Takashi Imai, Fumio Hirata
  • Total Pages: 24
  • Publisher: Willy-VCH
• [Book] A Statistical Mechanics Theory of Molecular Recognition, Chapter 10, in Water and Biomolecules - Physical Chemistry of Life Phenomena (2009)
  • Author(s): Takashi Imai, Norio Yoshida, Andriy Kovalenko, Fumio Hirata
  • Total Pages: 24
  • Publisher: Springer Science