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2010 Fiscal Year Annual Research Report

タンパク質・溶媒場における化学反応の自由エネルギー面

Research Project

Project/Area Number 21350010
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

山本 武志  京都大学, 理学研究科, 助教 (30397583)

KeywordsQM・MM法 / 酵素反応 / 触媒 / 励起状態 / 溶媒内反応
Research Abstract

酵素反応をはじめとする生体内反応や溶液内での化学反応の機構とダイナミクスを解明することは、現在の理論化学研究の最も重要な課題の一つである。これら凝集系における化学反応を取り扱うには、反応場としての溶媒やタンパク質の熱揺らぎについて統計平均を取った自由エネルギー曲面に基づく解析が不可欠である。また、反応ダイナミクスや非断熱遷移を取り扱うためには、環境の非平衡な応答を記述するための方法も必要になる。本年度は、これらの方法論の開発と応用を前年度に引き続き行った。具体的には、calcone isomeraseの反応機構をQM/MM線形応答自由エネルギー法に基づいて研究した。また溶液中塩基分子(チミン)の円錐交差を経由する電子緩和ダイナミクスをabinitio非平衡自由エネルギー計算によって解析した。さらに、溶液中ユビキノール・ビタミン錯体におけるプロトン・電子移動反応を3D-RISM-SCF法によって調べ、非常に大きなトンネル効果があることを明らかにした。これらの結果は投稿準備中である。一方で、溶液反応の時間依存ダイナミクスをRISM-SCF法によって記述するための新規な方法(solution reaction space Hamiltonian)を開発し、フェノール・アミン系に応用した(青野ら、JCP2010,JCC2010)。また、レチナールシッフ塩基の溶液中における円錐交差を非平衡自由エネルギー面に基づいて調べた(森ら、JCP2010)。励起状態反応については、azaindole 2量体の高精度な解析的ポテンシャル面を構築しダイナミクス計算を行った(安藤ら、PCCP2010)。さらに、ミオグロビンタンパクにおけるリガンドの解離ダイナミクスとタンパク質の集団的な運動のカップリングについて解析を行った(西原ら、Biophys.J,2010)。

  • Research Products

    (12 results)

All 2011 2010

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Solution reaction space Hamiltonian based on an electrostatic potential representation of solvent dynamics2011

    • Author(s)
      S.Aono, T.Yamamoto, S.Kato
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 134 Pages: 144108-(1-13)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A theoretical study on excited state double proton transfer reaction of a 7-azaindole dimer : an ab initio potential energy surface and its empirical valence model2011

    • Author(s)
      K.Ando, S.Hayashi, S.Kato
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 13 Pages: 11118-11127

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Protein collective motions coupled to ligand migration in myoglobin2010

    • Author(s)
      Y.Nishihara, S.Kato, S.Hayashi
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 98 Pages: 1649-1657

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A wavefunction based approach for polarizable charge model : Systematic comparison of polarization effects on protic, aprotic, and ionic liquids2010

    • Author(s)
      H.Nakano, T.Yamamoto, S.Kato
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 132 Pages: 044106-(1-16)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proton transfer studied using a combined ab initio reactive potential energy surface with quantum path integral methodology2010

    • Author(s)
      K.F.Wong, J.L.Sonnenberg, F.Paesani, T.Yamamoto, et al
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 6 Pages: 2566-2580

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum mechanical reaction probability of triplet ketene at the multireference second-order perturbation level of theory2010

    • Author(s)
      Y.Ogihara, T.Yamamoto, S.Kato
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 114 Pages: 9981-9990

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Conical intersections of free energy surfaces in solution : Effect of electron correlation on a protonated Schiff base in methanol solution2010

    • Author(s)
      T.Mori, K.Nakano, S.Kato
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 133 Pages: 064107-(1-11)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic spectra of coumarin-151 in polar solvents : Linear response free energy approach2010

    • Author(s)
      S.Aono, N.Minezawa, S.Kato
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 492 Pages: 193-197

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proton transfer in phenol-amine complexes : phenol electronic effects on free energy profile in solution2010

    • Author(s)
      S.Aono, S.Kato
    • Journal Title

      Journal of Computational Chemistry

      Volume: 31 Pages: 2924-2931

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 溶液中ATP加水分解エネルギーの分子論的解釈2010

    • Author(s)
      山本武志
    • Organizer
      日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台)(招待)
    • Year and Date
      2010-09-21
  • [Presentation] Some numerical quests for accurate quantum molecular dynamics2010

    • Author(s)
      山本武志
    • Organizer
      第69回岡崎カンファレンス"New frontier in Quanturn Chemical Dynamics"
    • Place of Presentation
      分子科学研究所(名古屋)(招待)
    • Year and Date
      2010-02-18
  • [Presentation] QM/MM法による反応自由エネルギーの計算と反応経路の探索2010

    • Author(s)
      山本武志
    • Organizer
      スーパーコンピュータワークショップ2010
    • Place of Presentation
      分子科学研究所(名古屋)(招待)
    • Year and Date
      2010-01-13

URL: 

Published: 2013-06-26  

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