FMO法に基づく計算手法とプログラムの発展的開発

基于FMO方法的计算方法和程序的进一步开发

• 批准号: 20038044
• 负责人: 望月 祐志
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Rikkyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20038044/
• 关键词: フラグメント; 分子軌道法; 電子相関; 分子動力学シミュレーション; 結合クラスター展開; 多体摂動論; 水和凝集系; 並列処理; 水和反応

本研究は、FMO法の発展的開発を電子相関計算と分子動力学シミュレーション(FMO-MD)の二つの軸線を取って展開している。各々の平成21年度の成果概要を以下にまとめる。電子相関計算では、golden standardといえるCCSD(T)まで計算可能なファイルレス並列化エンジンの独自開発に成功したことがハイライトと言える。多電子論では下位の近似は系統的に導出されるので、その特徴を活かしてQCISD(T)やMP4(SDQ)などもキーワード指定でそのまま実行出来る。実行速度的には世界水準をクリアしており、さらにFMO計算との連携も既に取れているために、実タンパク質への応用も出来ている。一例を挙げると、HIV-1プロテアーゼ(198残基)に阻害剤が結合した系のFMO-CCD/6-31G計算が64コアのPCクラスター上でも6日間で完走するレベルであり、かっては想像すら出来なかったタンパク質のCC計算が本研究によって実現されたインパクトは極めて大きい。励起状態の計算では、CIS(D)の繰込み修正を発展させた他、計算コストを低減しつつ精度を保持する新しいアプローチとして2体および3体の励起エネルギー補正法を実装し、蛍光タンパク質群についてテスト計算を行って良好な結果を得た。FMO-MD関係では、3体のエネルギーと力の補正を実装し、水和系のシミュレーションの信頼性を大幅に改善することに成功した。応用例を示すと、Zn(II)イオンに64個の水を水和させた液滴モデルをHF/6-31Gレベルでシミュレーションしたところ、コレまでの2体ではZn-0距離の平均値は2.09A、3体では2.05Aとなり、実験値の2.06±0.02Aとの対応において後者が勝ることは明らかである。また、懸案であったMP2のエネルギー微分計算の高速並列エンジンの開発にも成功しており、FMO-MDの信頼性が電子相関導入の点からも高められた。

In this study, the development of the FMO method was investigated by electron correlation calculation and molecular dynamics (FMO-MD). The following is a summary of the results of each of the 21 years of Heisei. Electronic correlation calculation CCSD(T) calculation is successful in independent development of parallel computation. In many-electron theory, the derivation of the lower approximation system and the characterization of the system are carried out in QCISD(T) and MP4(SDQ). The speed of operation is world-class, and FMO calculation is carried out in conjunction with the quality of operation. For example, FMO-CCD/6- 31G calculation of HIV-1 protein (residue 198), which is a protective agent, combines with FMO-CCD/6- 31G calculation of 64 ° C PC protein and 6 ° C CC calculation of 64 ° C PC protein. Excitation state calculation, CIS(D) correction, development, calculation, low reduction accuracy, new design, 2-body and 3-body excitation state correction, light quality group calculation, good results. FMO-MD relationship is successful in improving the reliability of the system and in improving the reliability of the system. For example, Zn(II) is 64 droplets of water and water. HF/6- 31G is 64 droplets of water and water. The average distance between Zn (II) and Zn (II) is 2.09A and 2.05A, respectively. The development of high-speed parallel computing and the reliability of FMO-MD are the key points of electronic correlation.

项目成果

Ab initio quantum-chemical study on emission spectra of bioluminescent liciferases by fragment molecular orbital method

片段分子轨道法生物发光发光素酶发射光谱的从头量子化学研究

• 发表时间: 2009
• 期刊: Chem. Phys. Lett 472
• 作者: A. Tagami;N. Ishibashi;D. Kato;N. Taguchi;Y. Mochizuki;M. Ito;H. Watanabe;S. Tanaka
• 通讯作者: S. Tanaka

フラグメント分子軌道法によるDsRed類縁種の励起状態に関する理論的研究

碎片分子轨道法对红色荧光蛋白相关物种激发态的理论研究

• 发表时间: 2008
• 作者: 田口尚貴;望月祐志;中野達也;石川岳志;福澤薫;櫻井実;田中成典
• 通讯作者: 田中成典

Fragment Molecular Orbital Method : Practical Applications to Large Molecular Systems, edited by K. Kitaura and D. G. Fedorov (in Chapter 4)(印刷中)

片段分子轨道方法：大分子系统的实际应用，K. Kitaura 和 D. G. Fedorov 编辑（第 4 章）（正在出版）

• 发表时间: 2009
• 作者: Y. Mochizuki*;N. Taguch i;T. Nakano;S. Tanaka
• 通讯作者: S. Tanaka

Fragment Molecular Orbital method based Molecular Dynamics(FMO-MD)as a simulator for chemical reactions in explicit solvation

基于分子动力学（FMO-MD）的片段分子轨道法作为显式溶剂化化学反应的模拟器

• 发表时间: 2009
• 期刊: J. Comp. Chem 30
• 作者: Y. Komeiji;T. Ishikawa;Y. Mochizuki;H. Yamataka;T. Nakano
• 通讯作者: T. Nakano

フラグメント分子軌道法計算を応用したインフルエンザヘマグルチニンの変異基盤解析

使用片段分子轨道计算对流感血凝素进行基于突变的分析

• 发表时间: 2008
• 作者: 竹松和友;福澤薫;中島捷久;尾曲克巳;望月祐志;渡邉博文;田中成典
• 通讯作者: 田中成典