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2015 年度 実績報告書

量子シミュレーション手法の深化による超分子および生体分子の自己集合機構の解明

公募研究

研究領域生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
研究課題/領域番号 26102539
研究機関横浜市立大学

研究代表者

立川 仁典  横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科, 教授 (00267410)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード量子シミュレーション / 溶媒効果 / 歯車状両親媒性分子 / 超分子自己集合 / 低障壁水素結合 / 光活性黄色タンパク質
研究実績の概要

超分子・生体分子の量子化学計算により、領域内共同研究の研究成果を挙げただけでなく、若手の会やサイエンスカフェなどによるアウトリーチ活動も積極的に参画し、本新学術研究領域の推進に貢献してきた。以下、代表的な研究成果として、本領域研究計画班メンバーとの3件の共同研究成果を述べる。
平岡教授との共同研究: 平岡らは、メチル基を持つ歯車状両親媒性分子(1)が、25%含水メタノール溶媒中で一義的に立方体(16)に自己集合することを見出した。一方で純粋なメタノール溶媒中は自己集合をしないことも見出した。本研究では自己集合が見られないメタノール溶媒中の16の立方体構造崩壊過程を長時間分子動力学計算により追った。その結果、短時間分子動力学計算でみられた水素置換基の立方体構造崩壊と類似した崩壊過程を示すことがわかった。
上久保准教授との共同研究: 上久保らは、Photoactive Yellow Protein (PYP) におけるGlu46とp-coumaric acidの間で、低障壁水素結合を形成していることを見出した。昨年度、ONIOM (MC_QM:MM)法を用いた量子化学計算を行うことで、核の量子揺らぎによって、実験で観測されたのと同様な結合伸長が起きることを実証した。本年度、大規模な非調和振動計算を実施することにより、構造に関する同位体効果(幾何学的同位体効果)を再現することにも成功した。
加藤教授、神谷講師との共同研究: 加藤、神谷らは、methyl-α-D-glucopyranosideの円偏光二色性(CD)スペクトルのH/D同位体シフトを実験的に見出した。そこで我々は、当初研究計画にはなかったものの、ONIOM (MC_QM:MM)法を用いた量子化学計算を行うことで、その発現機構を解明した。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 謝辞記載あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Analysis of exponent values of Gaussian-type functions on quantum protons and deuterons in charged or polarized systems2016

    • 著者名/発表者名
      M. Hashimoto, T. Ishimoto, M. Tachikawa, and T. Udagawa
    • 雑誌名

      Int. J. Quant. Chem.

      巻: in press ページ: in press

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Vibrational analysis on the revised potential energy curve of the low-barrier hydrogen bond in photoactive yellow protein2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanematsu, H. Kamikubo, M. Kataoka, and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      Computational and Structural Biotechnology Journal

      巻: 14 ページ: 16-19

    • DOI

      10.1016/j.csbj.2015.10.003

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Isotope effect on the circular dichroism spectrum of methylα-D-glucopyranoside in aqueous solution2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanematsu, Y. Kamiya, K. Matsuo, K. Gekko, K. Kato, and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      Scientific Report

      巻: 5 ページ: 17900 (5pages)

    • DOI

      10.1038/srep17900

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Theoretical vibrational spectra of OH-(H2O)2: Effect of quantum distribution and vibrational coupling2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Ogata, Y. Kawashima, K. Takahashi, and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 17 ページ: 25505-25515

    • DOI

      10.1039/C5CP03632A

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Multicomponent molecular orbital-climbing image-nudged elastic band method to analyze chemical reactions including nuclear quantum effect: Application to hydrogen transfer reaction2015

    • 著者名/発表者名
      T. Udagawa, K. Suzuki, and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      Chem Phys Chem

      巻: 16 ページ: 3156-3160

    • DOI

      10.1002/cphc.201500498

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effects of monohydration on an adenine-thymine base pair2015

    • 著者名/発表者名
      S. Watanabe, Y. Ogata, T. Kawatsu, Y. Kawashima, and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      Theor. Chem. Acc.

      巻: 134 ページ: 84 (12pages)

    • DOI

      10.1007/s00214-015-1686-7

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] H/D isotope effect on charge-inverted hydrogen-bonded systems: Systematic classification of three different types in H3XH...YH3 (X = C, Si, or Ge, and Y = B, Al, or Ga) with multicomponent calculation2015

    • 著者名/発表者名
      T. Udagawa and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      J. Comput. Chem.

      巻: 36 ページ: 1647-1654

    • DOI

      10.1002/jcc.23978

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Performance Test of Multicomponent Quantum Mechanical Calculation with Polarizable Continuum Model for Proton Chemical Shift2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanematsu and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 119 ページ: 4933-4938

    • DOI

      10.1021/jp512877a

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Why does deuterium substitution lead to the contraction of X...? distance? Origin of the reverse Ubbelohde effect in XH...? Interaction2015

    • 著者名/発表者名
      T. Udagawa and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      Theor. Chem. Acc.

      巻: 134 ページ: 24 (5pages)

    • DOI

      10.1007/s00214-015-1633-7

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ferromagnetic spin coupling in the chromium dimer cation: Measurements by photodissociation spectroscopy combined with coupled-cluster calculations2015

    • 著者名/発表者名
      K. Egashira, Y. Yamada, Y. Kita, and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 142 ページ: 054309(4pages)

    • DOI

      10.1063/1.4907197

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Path integral simulation on muoniated radicals2016

    • 著者名/発表者名
      Masanori Tachikawa
    • 学会等名
      The International Conference of Computational Methods in Sciences andEngineering (ICCMSE 2016)
    • 発表場所
      Athens, Greece
    • 年月日
      2016-03-17 – 2016-03-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Path integral simulation on muoniated acetone radical2016

    • 著者名/発表者名
      Masanori Tachikawa
    • 学会等名
      Seventh Asia-Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry (APCTCC7)
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2016-01-25 – 2016-01-28
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Path integral simulation on muoniated acetone radical2016

    • 著者名/発表者名
      Masanori Tachikawa
    • 学会等名
      International USMM &CMSI Workshop
    • 発表場所
      Hongo, Tokyo
    • 年月日
      2016-01-05 – 2016-01-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Monte Carlo calculation of Positron-attached Polyatomic Molecules2015

    • 著者名/発表者名
      Masanori Tachikawa
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (PACIFICHEM 2015)
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] First-principles Calculation for Positron Binding to Molecules2015

    • 著者名/発表者名
      Masanori Tachikawa
    • 学会等名
      6th JCS, International Symposium on Theoretical Chemistry
    • 発表場所
      Smolenice Castle, Slovakia
    • 年月日
      2015-10-11 – 2015-10-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 横浜市立大学量子物理化学研究室(立川研究室)

    • URL

      http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~tachi/

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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