タンパク質内電子伝達とプロトンポンプ機構解明のための超高精度電子状態動力学法

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21655007
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 青木 百合子 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (10211690)
• 連携研究者: GU Feng Long 華南師範大学, 化学 & 環境学院, 教授 (80404036)
• 研究協力者: REN Yanliang 華中師範大学, 化学院, 助教 ; KORCHOWIEC Jacek Jagiellonian大学, 化学部, 准教授 ; MAKOWSKI Marcin Jagiellonian大学, 化学部, 助教 ; KIRTMAN Bernard California大学サンタバーバラ校, 化学生物学部, 教授 ; 今村 詮 広島大学, 名誉教授 (70076991) ; WAN Jian 華中師範大学, 農薬化学生物学教育部重点実験室, 教授
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: タンパク質 / プロトンポンプ / 電子状態 / 量子化学 / 励起状態

研究概要

超高精度分のElongation法プログラムによって電子状態計算を行ない、得られた高分子反応末端分のActive部分のカのを分子動力学法プログラムに受け渡す手法を開発し、分子動力学(MD)に量子力学(QM)に基づくオーダーN電子状態計算法を導入するルーチンを構築した。これにより、高分子末端に集まった領域局在化分子軌道を用いたab initio局所分子動力学法による効率的構造最適化と局所振動解析が可能となり、幾つかのタンパク質に適用を行なった。

研究成果

• [雑誌論文] An analytical approach to predict high-spin stability of conjugated hydrocarbon radical polymers using minimized mixing nonbonding molecular orbitals (2012)
  • 著者名/発表者名: X. Zhu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Current Physical Chemistry 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Counter-ion effects of A- & B-type poly(dG). poly(dC) and poly(dA). poly(dT) DNA by elongation method (2012)
  • 著者名/発表者名: P. Xie, K. Liu, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Int. J. Quantum Chem 巻: 112(1) ページ: 230-239
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elongation Method for Linear Scaling (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki and F. L. Gu
  • 雑誌名: AIP 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generalized Elongation Method : From One-Dimension to Three-Dimension, International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki and F. L. Gu
  • 雑誌名: Theory and Computation : Old Problems and New Challenge, International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Guidelines proposed for designing organic ferromagnets by using quantum chemical approach (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Onitsuka, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Theor. Chem. Acc 巻: 130(4-6) ページ: 789-806
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly accurate O(N) method for delocalized systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, O. Loboda, K. Liu, M. A. Makowski, and F. L. Gu
  • 雑誌名: Theor. Chem. Acc. 巻: 130(4-6) ページ: 595-608
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dressed TDDFT Study of Low-Lying Electronic Excited States in Selected Linear Polyenes and Diphenylopolyenes (2011)
  • 著者名/発表者名: G. Mazur, M. Makowski, R. l. Wlodarczyk, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Int. J. Quantum Chem 巻: 111(4) ページ: 819-825
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elongation Cutoff Technique at Kohn-Sham Level of Theory (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Korchowiec, P. D. Silva, M. Makowski, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Int. J. Quantum Chem 巻: 110(12) ページ: 2130-2139
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structures and nonlinear optical properties of supramolecular associations of benzo-2, 1 (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Pomogaeva, F. L. Gu, A. Imamura, and Y. Aoki
  • 雑誌名: 3-chalcogendiazoles by the elongation method, Theor. Chem. Acc 巻: 125(3-6) ページ: 453-460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of the elongation method to the electronic structure of spin-polarized molecular wire under electric field (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Orimoto, F. L. Gu, J. Korchowiec, A. Imamura, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Theor. Chem. Acc 巻: 125(3-6) ページ: 493-501
  • 査読あり
• [雑誌論文] L. K. Yan, A. Pomogaeva, F. L. Gu, and Y. Aoki (2010)
  • 著者名/発表者名: L. K. Yan, A. Pomogaeva, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Theor. Chem. Acc 巻: 125(3-6) ページ: 511-520
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linear-scaled excited state calculations at Linear Response Time-Dependent Hartree-Fock theory (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Miura and Y. Aoki
  • 雑誌名: Mol. Phys 巻: 108(2) ページ: 205-210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Study on Nonlinear Optical Properties of the Li+[ calix[ 4] pyrrole] Li-Dimer (2009)
  • 著者名/発表者名: G.-T. Yu, W. Chen, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Trimer and its Polymer with Diffuse Excess Electrons, J. Comput. Chem 巻: 31(4 ページ: 863-870
  • 査読あり
• [雑誌論文] Describing Electron Correlation Effects in the Framework of the Elongation Method-Elongation-MP2 : Formalism (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Makowski, J. Korchowiec, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Implementation and Efficiency, J. Comput. Chem 巻: 31(8) ページ: 1733-1740
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elongation Cutoff Technique Armed with Quantum Fast Multipole Method for Linear Scaling (2009)
  • 著者名/発表者名: J. Korchowiec, J. Lewandowski, M. Makowski, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: J. Comput. Chem 巻: 3(15) ページ: 2515-2525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab initio theory for treating local electron excitations in molecules and its performance for computing optical properties (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Miura and Y. Aoki
  • 雑誌名: J. Comput. Chem 巻: 30(14) ページ: 2213-2230
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band Structure of Polymer Extracted from Oligomer Calculations by Elongation Method and Its Applications to Nanosystems (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Pomogaeva, M. Springborg, B. Kirtman, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering 2009 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient algorithm for computing orbital energies within elongation method (2009)
  • 著者名/発表者名: O. Loboda, F. L. Gu, A. Pomogaeva, M. Makowski, and Y. Aoki
  • 雑誌名: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering 2009 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation on Nonlinear Optical Properties of Ladder-structure Polydiacetylenes Derivatives by Using the Elongation Finite-Field Method (2009)
  • 著者名/発表者名: W. Chen, G.-T. Yu, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 巻: 474(1-3) ページ: 175-179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band Structures Built by the Elongation Method (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Pomogaeva, M. Springborg, B. Kirtman, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 130(19) ページ: 1941061-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elongation Method for Calculating Excited States of Aromatic Molecules Embedded in Polymers (2009)
  • 著者名/発表者名: V. Pomogaev, F. L. Gu, A. Pomogaeva, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Int. J. Quantum Chem. 巻: 109(6) ページ: 1328-1340
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation on the Electronic Structures and Nonlinear Optical Properties of Pristine Boron Nitride and BN/C Heterostructured Single-Wall Nanotubes by the Elongation Method (2009)
  • 著者名/発表者名: W. Chen, G.-T. Yu, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 113(19) ページ: 8447-8454
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Study on Static(Hyper) polarizabilities for Polyimide by the Elongation Finite-Field Method (2009)
  • 著者名/発表者名: G.-T. Yu, W. Chen, F. L. Gu, Y. Orimoto, and Y. Aoki
  • 雑誌名: Mol. Phys 巻: 107(1) ページ: 81-87
  • 査読あり
• [雑誌論文] Absorption spectra of estradiol and tryptophan constructed by the statistical and elongation methods (2009)
  • 著者名/発表者名: V. Pomogaev, A. Pomogaeva and Y. Aoki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 巻: 113(8) ページ: 1429-1433
  • 査読あり
• [学会発表] An Efficient Quantum Chemical Approach of Functional Donor-Nanowire-Acceptor Systems by Using Elongation Metho (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Yang, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 学会等名: The 13th Cross Straits Symposium
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] Highly accurate functional design of DNA/Nanotubes/Nanowires by efficient quantum chemical approach (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki
  • 学会等名: 第六届国際理論化学分子模〓和生命科学研討会
  • 発表場所: 広州
  • 年月日: 2011-11-13
• [学会発表] Highly accurate functional design of DNA/Nanotubes/Nanowires by efficient quantum chemical approach (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki
  • 学会等名: ICCMSE 2011
  • 発表場所: Halkidiki
  • 年月日: 2011-10-03
• [学会発表] Conductivity Analysis of DNA (2011)
  • 著者名/発表者名: X. Zhu, F. L. Gu and Y. Aoki
  • 学会等名: The 3rd Asian Symposium on Advanced Materials
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Molecular Design for Donor-Nanowire-Acceptor Photoelectric Conversion Materials by Using Elongation Method (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Yang, O. Lododa, F. L. Gu and Y. Aoki
  • 学会等名: The 3rd Asian Symposium on Advanced Materials
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Development of Elongation Geometry Optimization Method (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Liu, F. L. Gu and Y. Aoki
  • 学会等名: The 3rd Asian Symposium on Advanced Materials
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Theoretical analysis of polythiophene derivatives as high performance photovoltaic cell (2011)
  • 著者名/発表者名: L. Jiang, S. Feng, and Y. Aoki
  • 学会等名: The 3rd Asian Symposium on Advanced Materials
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] NLO analysis of ladder-structure polydiacetylenes derivatives (2011)
  • 著者名/発表者名: L. Z. Kang, F. L. Gu and Y. Aoki
  • 学会等名: The 3rd Asian Symposium on Advanced Materials
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] Highly accurate linear scaling method-elongation method-and its applications to large systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, K. Liu and F. L. Gu
  • 学会等名: ISTCP-VII
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] Electric structures and molecular structures of polyynes (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Imamura and Y. Aoki
  • 学会等名: ISTCP-VII
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-09-03
• [学会発表] Development of Highly Accurate Elongation Method to Large Systems and its Application to Functional Designs (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki
  • 学会等名: 4th JCS Symposium on Theoretical Chemistry
  • 発表場所: Conference Center of AS CR-Chateau Liblice(Czech Republic
  • 年月日: 2011-05-18
• [学会発表] A highly accurate 3D-elongation method for Bio Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, F. L. Gu
  • 学会等名: The 51st Sanibel Symposium
  • 発表場所: St. Simons Island(U. S. A)
  • 年月日: 2011-02-28
• [学会発表] Gu, Elongation method at Hartree-Fock and post Hartree-Fock levels for its applications to 1D-3D large systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, M. Makowski, O. Loboda, K. Liu, F. L. Gu
  • 学会等名: Pacifichem 2010
  • 発表場所: Honolulu(U. S. A)
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] Highly Accurate O(N) quantum chemical approach for DNA electron transfer and optical property analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, P. Xie, A. Imamura, F. L. Gu
  • 学会等名: Pacifichem 2010
  • 発表場所: Honolulu(U. S. A)
  • 年月日: 2010-12-18
• [学会発表] Proposal of linear scaling ELG-LMP2 method for conjugated polymers (2010)
  • 著者名/発表者名: F. L. Gu, M. Makowski, J. Korchowiec, K. Liu, Y. Aoki
  • 学会等名: organic materials, and biosystems, Pacifichem 2010
  • 発表場所: Honolulu(U. S. A)
  • 年月日: 2010-12-16
• [学会発表] Highly accurate O(N) method for Nano-Bio systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki
  • 学会等名: ICCMSE 2010
  • 発表場所: Kos(Greece)
  • 年月日: 2010-10-04
• [学会発表] 巨大生体分子の効率的超高精度電子状態計算 (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Liu, F. L. Gu, M. Makowski, O. Loboda,青木百合子
  • 学会等名: 第4回分子科学討論会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] 高精度Linear-scaling-ELG法の開発と巨大系への応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 青木百合子, F. L. Gu
  • 学会等名: 第4回分子科学討論会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] 生体高分子系の高精度電子状態計算のための3D-Elongation法の基礎と応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 青木百合子
  • 学会等名: 日本化学会第4回関東支部大会
  • 発表場所: 茨城
  • 年月日: 2010-08-30
• [学会発表] Generalized Elongation Method : From One-Dimension to Three-Dimension (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki and F. L. Gu
  • 学会等名: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering 2009(ICCMSE 2009)
  • 発表場所: Rhodes(Greece)
  • 年月日: 2009-09-29
• [学会発表] Elongation Method for Linear Scaling (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki and F. L. Gu
  • 学会等名: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering 2009(ICCMSE 2009)
  • 発表場所: Rhodes(Greece)
  • 年月日: 2009-09-29
• [学会発表] Band Structure of Polymer Extracted from Oligomer Calculations by Elongation Method and Its Applications to Nanosystems (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Pomogaeva, M. Springborg, B. Kirtman, F. L. Gu, and Y. Aoki
  • 学会等名: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering(ICCMSE 2009)
  • 発表場所: Rhodes(Greece)
  • 年月日: 2009-09-29
• [学会発表] Efficient algorithm for computing orbital energies within elongation method (2009)
  • 著者名/発表者名: O. Loboda, F. L. Gu, A. Pomogaeva, M. Makowski, and Y. Aoki
  • 学会等名: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering(ICCMSE 2009
  • 発表場所: Rhodes(Greece)
  • 年月日: 2009-09-29
• [学会発表] Elongation-TDHF法の開発と大規模一次元系への応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: F. L. Gu,吉澤輝高,青木百合子
  • 学会等名: 第3回分子科学討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2009-09-23
• [学会発表] Elongation法による有限鎖からの超効率的バンド構造抽出と共役分子ワイヤ系への応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Pomogaeva, L. K. Yan, F. L. Gu,青木百合子
  • 学会等名: 第3回分子科学討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2009-09-23
• [学会発表] 物質設計のための二・三次元系用Generalized Elongation法の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 青木百合子, F. L. Gu
  • 学会等名: 第3回分子科学討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2009-09-22
• [学会発表] 絡み合い高分子系に向けた超効率的量子化学計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 青木百合子, F. L. Gu
  • 学会等名: 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2009-09-16
• [図書] Elongation Method for Delocalized Nano-wires (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki and F. L. Gu
  • 出版者: Progress in Chemistry
• [図書] Elongation method for large systems and its applications to bio-systems. Phys. Chem. Chem. Phys., (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki and F. L. Gu
  • 総ページ数: 7640-7668
  • 出版者: Royal Society of Chemistry