2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of molecular dynamics simulation for hydronium ion in solution and the application to biomolecules
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17K15101
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
渡邉 宙志 慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特任講師 (20767199)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 物理化学 / 分子シミュレーション / 量子化学 / 分子動力学法 / プロトン移動 / 水素イオン / QM/MM法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は水溶液中の水素イオンを量子力学的、古典力学的分子モデルのマルチスケール計算手法QM/MM法を用いて、実現することを目的としている。水素イオンは、溶液中において溶媒である水との共有結合の生成・消滅を頻繁に引き起こしながら、玉突き(Grotthuss機構)により輸送されると考えられる。したがって、水素イオンをシミュレーションにおいて取り扱うためには、(1)量子力学的計算領域の中心に電荷の中心が来るように計算の枠組みの変更、(2)溶媒の量子化学効果を取り込むことが可能な理論的枠組み、の２点が必要となる。後者に関しては、前年度に拡張した手法を用いて、小分子を含む系を用いてその性能を測定していたところ、ある条件下で計算が不安定になることに気づいた。詳しい解析の結果これは、当手法における理論的欠陥というよりもすべてのマルチスケール計算手法に共通して起こりうるアーティファクトであることを発見した。すなわち、これまで計算の多くはこのアーティファクトを含みながらも、それを具体的に提示した研究は無かった。そこで、今回は定量的にそのアーティファクトと発生原因を定量的に示すと同時にad hocな解決方法も同時に提案した。この結果に関しては、現在論文を投稿中である。
また前者に関しては、電荷の中心の座標を数学的に連続関数で表現する必要がある。そこで、過去に類似の表現方法を提案しているBoston大学のCui教授と協力し、表現に修正を加えた後に、プログラムのコードに加えたところ、実際に電荷中心の表現に成功していることを確認した。現在は、バルクの系でベンチマークの計算をしながら、そのパフォーマンスを測定すると同時に論文を執筆中である。
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