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分子動力学計算を速く正確に安定に実行するための基盤技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 25390156
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 計算科学
研究機関大阪大学

研究代表者

福田 育夫  大阪大学, たんぱく質研究所, 招へい研究員(准教授) (40643185)

連携研究者 中村 春木  大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (80134485)
森次 圭  横浜市立大学, 生命医科学研究科, 特任准教授 (80599506)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード分子動力学 / 相互作用計算 / 力学系 / 運動方程式 / 数値積分 / サンプリング / 数値計算 / 計算科学
研究成果の概要

分子動力学(MD)計算を速く正確に安定に実行するための基盤技術を開発した.まず,MDで用いる運動方程式の数値積分を高精度で安定に実行する一般的方法を考察した.さらに,MD計算コストの大部分を占める長距離相互作用計算において高精度を実現しつつ計算コストを下げる方法としてzero-multipole summation法を構築し,基本系にて熱力学諸量等を検証し高精度性を確認した.また,MD特有の力学系の遅い時間発展の問題解決のため,新たな運動方程式を構築した.その理論特性を明らかにすると共に,得られた数値積分技術を用いて安定な積分を実現し,生体分子系に適用し実用性を実証した.

報告書

(4件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実施状況報告書
  • 2013 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Coupled Nose-Hoover equations of motion to implement a fluctuating heat-bath temperature2016

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda and Kei Moritsugu
    • 雑誌名

      Physics Reviews E

      巻: 93 号: 3 ページ: 033306-033306

    • DOI

      10.1103/physreve.93.033306

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A critical appraisal of the zero-multipole method: Structural, thermodynamic, dielectrid, and dynamical properties of a water system2016

    • 著者名/発表者名
      Wang H, Nakamura H, Fukuda I
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 144 号: 11 ページ: 114503-114503

    • DOI

      10.1063/1.4943956

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Double Density Dynamics: Realizing a joint distribution of a physical system and a parameter system2015

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda and Kei Moritsugu
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 48 号: 45 ページ: 455001-455001

    • DOI

      10.1088/1751-8113/48/45/455001

    • NAID

      120005596269

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 分子動力学計算における新規非エバルト法の開発と応用2015

    • 著者名/発表者名
      福田育夫
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 55 号: 1 ページ: 037-039

    • DOI

      10.2142/biophys.55.037

    • NAID

      130004794736

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Novel Approach of Dynamic Cross Correlation Analysis on Molecular Dynamics Simulations and its Application to Ets1 dimer–DNA Complex2014

    • 著者名/発表者名
      Kota Kasahara, Ikuo Fukuda, Haruki Nakamura
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 9 (11) 号: 11 ページ: e112419-e112419

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0112419

    • NAID

      120005596267

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The Zero-multipole summation method for estimating electrostatic interactions in molecular dynamics : analysis of the accuracy and application to liquid systems2014

    • 著者名/発表者名
      Fukuda I, Kamiya N, Nakamura H
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys

      巻: 140 号: 19 ページ: 194307-194307

    • DOI

      10.1063/1.4875693

    • NAID

      120005596268

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Zero-Multipole Summation Method for Efficiently Estimating Electrostatic Interactions in Molecular System2013

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 139 号: 17 ページ: 174107-174107

    • DOI

      10.1063/1.4827055

    • NAID

      120005647643

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulations Accelerated by GPU for Biological Macromolecules with a Non-Ewald Scheme for Electrostatic Interactions2013

    • 著者名/発表者名
      Mashimo T, Fukunishi Y, Kamiya N, Takano Y, Fukuda I, Nakamura H
    • 雑誌名

      J. Chem. Theory Comput

      巻: 9 号: 12 ページ: 5599-5609

    • DOI

      10.1021/ct400342e

    • NAID

      120005604144

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulations of a double-stranded DNA in an explicit solvent model with zero-dipole summation method2013

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Kamiya N, Nakamura H, Fukuda I
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 8 号: 10 ページ: e76606-e76606

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0076606

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Application of zero-dipole summation method to molecular dynamics2013

    • 著者名/発表者名
      Narutoshi Kamiya
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett.

      巻: 568-569 ページ: 26-32

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2013.03.014

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 零多重極子和法による静電相互作用計算: 理論と実際2016

    • 著者名/発表者名
      福田育夫,神谷成敏,笠原浩太,寺田透,Han Wang,桜庭俊,中村春木
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Novel non-Ewald methods for calculating electrostatic interactions in molecular simulations2015

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda, Narutoshi Kamiya, Han Wang, Kota Kasahara, Haruki Nakamura
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      ,金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Mechanism of Inhibition of Transcription Factor Ets1-DNA Binding, Induced by Phosphorylation on a Disordered Region2015

    • 著者名/発表者名
      Kasahara Kota, Higo Junichi, Shiina Masaaki, Fukuda Ikuo, Ogata Kazuhiro, Nakamura Haruki
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Development of a simple and accurate non-Ewald method for calculating electrostatic interactions in molecular simulations2015

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda
    • 学会等名
      Seminar at Institut de Chimie, Radicalaire, Universite d'Aix-Marseille
    • 発表場所
      UMR7273-CNRS Universite d'Aix-Marseille, France
    • 年月日
      2015-07-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development and application of novel non-Ewald methods for calculating electrostatic interactions in molecular simulations2015

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda, Narutoshi Kamiya, Han Wang, Kota Kasahara, Haruki Nakamura
    • 学会等名
      29th Annual Symposium of The Protein Society
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2015-07-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子シミュレーションにおける新しい静電相互作用計算法の開発と応用2015

    • 著者名/発表者名
      福田育夫, Han Wang,中村春木
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーション解析のためのMulti-modal Dynamic Cross Correlation法の開発と応用2014

    • 著者名/発表者名
      笠原浩太, 福田育夫, 中村春木
    • 学会等名
      生命医薬情報学連合大会
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2014-10-02 – 2014-10-04
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Molecular dynamics study on enhancer recognitions by cooperative binding of Ets1 and partner transcription factors2014

    • 著者名/発表者名
      Kota Kasahara, Ikuo Fukuda, and Haruki Nakamura
    • 学会等名
      The 4th Asia Pacific Protein Association Conference
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2014-05-17 – 2014-05-20
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Non-Ewald scheme for calculating electrostatic interactions of a charged particle system via a neutralization concept2014

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda
    • 学会等名
      Seminar at Institut fuer Mathematik, Freie Universitaet Berlin
    • 発表場所
      Berlin, Germany
    • 年月日
      2014-04-07
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Zero-multipole summation法による効率的静電相互作用計算2014

    • 著者名/発表者名
      福田 育夫, 神谷成敏,中村春木
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] The zero-dipole summation method and its application to molecular simulation with homogenous and inhomogeneous systems2013

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda, Narutoshi Kamiya, Kota Kasahara, Haruki Nakamura
    • 学会等名
      APPC12 The 12th Asia Pacific Physics Conference of AAPPS, ASEPS3 The third Asia-Europe Physics Summit
    • 発表場所
      International Conference Halls, Makuhari Messe Chiba, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Zero-dipole summation method for evaluating electrostatic interaction in molecular simulation of biomolecular system2013

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda, Narutoshi Kamiya, Haruki Nakamura
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都国際会館
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書

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公開日: 2014-07-25   更新日: 2019-07-29  

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