2018 Fiscal Year Research-status Report
生体分子中のプロトン移動反応解析へ向けた量子多成分系理論の開発と応用計算
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18K05028
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
宇田川 太郎 岐阜大学, 工学部, 助教 (70509356)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 原子核の量子効果 / 同位体効果 / 化学反応 / 量子多成分系理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者が開発してきた水素原子核の量子揺らぎを直接取り込んだ量子多成分系理論による化学反応解析法（量子多成分CI-NEB法）を深化させ、生体分子中の化学反応までをターゲットにできる新しい量子多成分系理論を開発する。具体的には、(1A)遷移状態構造を効率的に求めるための拡張および(1B)効率良く反応経路全体を求めるための拡張により、量子多成分系CI-NEB法の高速化を達成する。さらに量子多成分系ONIOM法を実装し、(1C)生体分子を効率良く取り扱うための拡張を行う。開発した量子多成分系理論により、(2A)モデルDNA塩基対中の多重プロトン移動反応の解析、(2B)タキソール分子中の多段階プロトン移動反応の解析および(2C)緑色蛍光タンパク質内のプロトン移動反応の解析を初めて実現する。
申請時の計画通り、H30年度は研究項目(1A), (1B), (2A)をまず実施した。項目(1A)は速やかに終えることができ、これまでに比べて20から30倍の速さで遷移状態構造を求めることに成功した。開発した手法を用いて、項目(2A)で予定していた分子に加え、いくつかのモデル分子に対する応用計算を行い、項目(2B), (2C)を効率的に遂行するための計算条件の最適化を行った。
次に項目(1B)に着手し、全く新しいアルゴリズムを開発したことで、遷移状態だけでなく反応経路全体を含めても10倍程度の効率化を果たした新しい反応解析手法を確率することに成功した。
初年時に予定していた項目が早く終わったため、H31年度に予定していた項目についても着手し、(1C)生体分子を効率良く取り扱うための拡張、に関するプログラムのベースとなる部分の開発を終えることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H30年度は、(1A)遷移状態構造を効率的に求めるための拡張、(1B)効率良く反応経路全体を求めるための拡張、(2A)モデルDNA塩基対中の多重プロトン移動反応の解析を予定しており、これらの項目については順調に遂行することができた。
予定していた項目が早く終わったため、H31年度に予定していた項目についても着手し、(1C)生体分子を効率良く取り扱うための拡張についても着手した。すでにプログラムのベースとなる部分はほぼ完成しており、(2C)緑色蛍光タンパク質内のプロトン移動反応の解析、の予備計算として、目的対象分子の一部を切り出したモデル分子中でのプロトン移動反応の解析を行った。これらの結果により、H31年度に予定されている項目を円滑に進めることが可能であると期待される。
以上の進捗状況により、全体として研究は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずH31年度では、申請時の計画通り、(1C)生体分子を効率良く取り扱うための拡張として、量子多成分系ONIOM-CI-NEB法を確立する。また、H30年度からの継続課題である(1B)効率良く反応経路全体を求めるための拡張についても研究を実施し、より効率的に反応経路を計算するための条件などについて詳細に検討する。
確立した手法を用い、(2B)タキソール分子中の多段階プロトン移動反応の解析および(2C)緑色蛍光タンパク質内のプロトン移動反応の解析に取り組む予定である。項目(2B)および(2C)については、並行して実施可能な項目であるため、(1B)および(1C)のプログラム開発が終わり、計算環境が整い次第、並行して取り組む予定である。
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| Causes of Carryover |
配分金額の変更に伴い、当該年度に計算機クラスターの購入に充てられる金額にも変更が生じ、購入台数の調整を行ったため。申請時に予定していなかった国内外の学会に参加する予定であるため、その旅費として使用する予定である。
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