2017 Fiscal Year Annual Research Report
結合次数の線形応答関数に基づいた酵素反応場設計法の開発
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16J01692
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
満田 祐樹 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 線型応答関数 / 反応性解析 / 自由エネルギー計算 / 分子動力学計算 / 反応経路探索法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、研究計画において、線型応答関数を利用した反応性解析を行うために、比較対象を具体的に調べるという段階にあります。比較対象を計算によって求めるため、自由エネルギーの鞍点探索について、その研究が行われていないことから、去年度からMDシミュレーションとアンブレラサンプリング法を利用した自由エネルギー反応経路探索法を開発していました。本年度においても、そのアルゴリズム開発を中心に研究を行いました。まず、アンブレラサンプリングを元に自動でサンプリングするアルゴリズムを前年度で開発したので、それを国際雑誌に投稿し論文発表しました。それに加えて、自動サンプリングから自動で自由エネルギー反応経路探索をするアルゴリズムを開発しました。このアルゴリズムは、アンブレラ積分法と超球面探索法を組み合わせることで、自由エネルギー上で鞍点を自動探索で発見出来るようになり、反応経路が自動探索されるようになります。このアルゴリズムを利用して、アラニントリペプチドの4次元反応座標について反応経路探索をしました。これによって、今まで発見出来なかったような複雑は反応ネットワークを解明出来ること実証しました。この研究について、第11回分子科学討論会（仙台）2017で学会発表しました。この発表で、第11回分子科学討論会(仙台)2017分子科学会優秀講演賞を受賞しました。このアルゴリズムの論文を国際雑誌に投稿しており、2018年3月末の時点で査読中です。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現在、最初のステップである結合次数の線型応答関数の化学反応に対する妥当性の検証という点で検証を続けている状況です。そのためには、化学反応の解析についてより直接的な手法による計算が必要になりますが、未だに未解明な部分が大きく、現在は結合次数の線型応答関数と比較するために適した解析を得ようと手法開発をしている状況です。当初の予定とは離れた研究となっていますが、この研究によって、我々は今までに無い手法を開発しています。これによって、今まで行われてこなかった自由エネルギー反応経路の解明について、一つの答えを出すような成果に導かれると考えております。この手法開発によるインパクトは絶大であると考えたため、そちらに注力するように研究を進めました。結合次数の線型応答関数と比較するのに適した化学反応の解析結果を得るために、着実に進捗を得ています。
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| Strategy for Future Research Activity |
自由エネルギー反応経路探索のプログラムは、国際雑誌への論文発表の段階にあり、ほぼ完成に近い状態になっているのですが、実際の所、アラニンジペプチドの4次元探索では、多くの化学反応へ適用するには不十分であるといえます。ですので、今後の方針として当面はプログラムの完成に向けて改良を続けることを予定しています。それと共に、結合次数の線型応答関数の結果と比較するための計算を行います。具体的には、安息香酸の酸解離反応について、その自由エネルギー反応経路を解明します。
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