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積分方程式理論に基づく揺らぎと水和の理解

公募研究

研究領域揺らぎが機能を決める生命分子の科学
研究課題/領域番号 21107511
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

佐藤 啓文  京都大学, 工学研究科, 教授 (70290905)

研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2010年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2009年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード積分方程式理論 / 構造揺らぎ / 分子性統計力学 / RISM / 構造ゆらぎ
研究概要

生体分子系の理解においては二つの側面が重要である。一つは構造の柔軟性であり、今ひとつは水和である。本研究課題においては、各々に対して「構造揺らぎ」と「水和」を記述できる新しい統計力学理論を開発し、これらを用いて実際の蛋白質の持つ物理化学的な性質を明らかにすることを目的として研究を進めて来た。今年度までに、以前我々が開発した高効率並列化計算が可能なMC-MOZ法を用いて、バクテリオロドプシンの内部水やCoil-Serの表面の水和構造について計算し、これを解析する新しい方法を開発した。この成果はアメリカ化学会J.Phys.Chem.B誌に掲載されるとともに、表紙にも採用されるなど大きな注目を集めた。更にMC-MOZ理論を用いて得られる溶媒和自由エネルギーに関して、RBC(repulsive bridge correction)を加えると水溶媒中では高精度でエネルギーが得られることが分かった。一方で、四塩化炭素など分子サイズが比較的大きい溶媒の場合はこの限りでなく、更なる補正によって適切な値が得られることを明らかにしている。MC-MOZ理論は現在の計算機環境によく適合することから今後の更なる発展が期待されている。以上のように水和理論について当初の計画を十分に達成できたものと考えている。一方、構造揺らぎに関しては昨年度までに基盤となる理論を完成し、ペンタンやイオン液体などの計算に成功している。今後も水和理論との結合を目指して引き続きその拡張について検討を行う予定である。また、蛋白質の機能や溶液中分子の重要な性質に関わる分子の会合、認識に関して、最も簡単なモデルと考えられるホスト-ゲスト系を取り上げて、MC-MOZ法などを用いながらその会合機構についても明らかにした。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (17件)

  • [雑誌論文] An Analysis of 3D Solvation Structure in Biomolecules : Application to Coiled Coil Serine and Bacte-riorhodopsin2010

    • 著者名/発表者名
      Kenji Hirano, Daisuke Yokogawa, Hirofumi Sato, Shigeyoshi Sakaki
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B

      巻: 114 ページ: 7935-7941

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analytical energy gradient for reference interaction site model self-consistent field explicitly including spatial electron density distribution2010

    • 著者名/発表者名
      D.Yokogawa, H.Sato, S.Sakaki
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys. 131

      ページ: 214504-214504

    • NAID

      120002383974

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An integral equation theory for structural fluctuation in molecular liquid2010

    • 著者名/発表者名
      D.Yokogawa, H.Sato, S.Sakaki
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett. 487

      ページ: 241-245

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 水和と構造揺らぎの分子理論2011

    • 著者名/発表者名
      佐藤啓文
    • 学会等名
      文部科学省「革新的HPCIの構築」次世代スーパーコンピュータ戦略分野2「新物質・エネルギー創成」計算物質科学イニシアティブ(CMSI)計算分子科学拠点第1回研究会
    • 発表場所
      分子科学研究所(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Chemical Processes in Solution Phase based on the RISM family2011

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Sato
    • 学会等名
      Elemental Processes of Life Phenomena, revealed by the RISM/3D-RISM Theory
    • 発表場所
      分子科学研究所(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 溶液の理論化学:水溶液、イオン液体、蛋白質2010

    • 著者名/発表者名
      佐藤啓文
    • 学会等名
      スーパーコンピュータワークショップ2010大規模並列分子シミュレーションの最前線
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター
    • 年月日
      2010-01-13
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Theories of Fluctuations : Solvation and Molecular Structure2010

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Sato
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on "Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
    • 発表場所
      ピアザ淡海(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 多成分溶媒に拡張したMC-MOZ理論による溶媒和自由エネルギーの計算2010

    • 著者名/発表者名
      城戸健太朗, 横川大輔, 佐藤啓文
    • 学会等名
      第33回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 蛋白質の機能と3次元水和構造の理論的研究2010

    • 著者名/発表者名
      平野健司, 横川大輔, 佐藤啓文, 榊茂好
    • 学会等名
      第37回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      山口大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 分子内構造揺らぎを含めたRISM法のイオン液体への適用2010

    • 著者名/発表者名
      早木清吾, 菊井健一, 城戸健太朗, 横川大輔, 佐藤啓文, 榊茂好
    • 学会等名
      第13回理論化学討論会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] cucurbiturilのカチオン捕獲に関する分子論的研究:統計力学と量子化学によるアプローチ2010

    • 著者名/発表者名
      城戸健太朗, 佐藤啓文
    • 学会等名
      第4回分子科学討論会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] A Host-Guest Mechanism for 25,26,27,28-Tetramethoxycalix[4]arene's Cation Selectivity in MClO4 Solution (M=Na, K) : Theoretical Study2010

    • 著者名/発表者名
      K.Kido, H.Sato, S.Sakaki
    • 学会等名
      第6回ホスト・ゲスト化学シンポジウム
    • 発表場所
      大阪国際交流センター
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 量子化学と統計力学による分子認識の理論的研究:カリックスアレンを例に2009

    • 著者名/発表者名
      城戸健太朗, 佐藤啓文, 榊茂好
    • 学会等名
      第3回分子科学討論会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 3次元溶媒和構造の解析法の開発とBacterorhodopsinへの応用2009

    • 著者名/発表者名
      平野健司, 横川大輔, 佐藤啓文, 榊茂好
    • 学会等名
      第3回分子科学討論会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 統計化学と量子化学に立脚した溶液内化学過程の理論開発と応用2009

    • 著者名/発表者名
      佐藤啓文
    • 学会等名
      第32回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] RISM-SCF-SEDD法によるカリックスアレンの分子認識とその制御に関する分子論的研究2009

    • 著者名/発表者名
      城戸健太朗, 佐藤啓文, 榊茂好
    • 学会等名
      第32回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 点電荷モデルはpKaを適切に記述できるか?:グリシンのアミノ/カルボキシル基の例2009

    • 著者名/発表者名
      城戸健太朗, 佐藤啓文, 榊茂好
    • 学会等名
      第32回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] たんぱく質の水和水、内部水の揺らぎに関する定量的な解析法の開発:Coil-SerとBacteriorhodopsinへの応用2009

    • 著者名/発表者名
      平野健司, 横川大輔, 佐藤啓文, 榊茂好
    • 学会等名
      第32回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Study on LMCT Absorption of Catechol Dioxygenase and Its Functional Models2009

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nakatani ; Yoshihide Nakao ; Hirofumi Sato ; Shigeyoshi Sakaki
    • 学会等名
      「揺らぎと生体機能」第3回公開シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学豊田講堂
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] First Principle Theory for pK(a) Prediction at Molecular Level : pH Effects Based on Explicit Solvent Model2009

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kido ; Hirofumi Sato ; Shigeyoshi Sakaki
    • 学会等名
      「揺らぎと生体機能」第3回公開シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学豊田講堂
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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