ハイブリッド型第一原理分子動力学法による生体内酵素反応の研究

使用混合第一原理分子动力学方法研究体内酶反应

• 批准号: 15750009
• 负责人: 高橋 英明
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15750009/
• 关键词: ハイブリッド型第一原理分子動力学法; 生体分子; 反応機構; タンパク質; 酵素反応; 実空間グリッド法

本研究の実績は、次の2点に要約することが出来る。一つは、密度汎関数法にもとづく分子内QM/MM法を開発し、これを並列化したことである。もう一つは、ヒト免疫不全ウイルスのプロテアーゼ(HIV-1Pr)の反応の遷移状態を決定したことである。以下にそれぞれについて詳述する。(1)遷移状態の決定HIV1-Prのペプチド鎖解裂反応は2段階で進むとされている。我々は1、及び2段階目の反応の遷移状態をHF/3-21G^<**>レベルで構造最適化している。基質となるペプチド鎖のモデルとして、CH_3-CO-NH-CH_3を選択し、1対のAsp25の他に、Thr26とGly27のペプチド結合部を活性部位として扱った。現在のところ、1段階目の遷移状態の構造最適化が完了しており、この反応の活性部位のみのエネルギー障壁の高さは、24.8kcal/molであった。(2)分子内QM/MM法の開発QM/MM法のプログラム開発において、我々は、実空間の格子上で波動関数の値を計算する実空間グリッド法を導入した。この方法は、従来の原子基底や平面波基底に比べて計算精度が良い上に、並列計算も容易に行えるという利点がある。また、反応活性部位以外のMM領域は、Tinker Packageにより扱う。我々は、Link Atom法によりこれら二つの領域の力場を合成し、タンパク系のシミュレーションの実行が可能なプログラムを完成させた。また、QM系のほぼ全体、及びMM系の力の計算部分を並列化することに成功した。特にQM系の並列化においては、並列化効率を損なわないようにするために、HartreeポテンシャルをPoisson方程式を逐次的に解くことにより計算するなどの工夫をした。これにより、8CPUを使用した場合でも、量子化学計算において80%以上の並列化効率を実現することが可能になった。

In this study, we need to get out of the room at 2 o'clock. In one step, the density method and the intramolecular QM/MM method are used to open and parallelize the concentration of each molecule. The immune deficiency virus (HIV-1Pr) determines the state of the disease. The following is a description of the following information. (1) change the status to determine that the HIV1-Pr will be split in paragraph 2 to improve the performance. In the first and second paragraphs, we need to change the status of HF/3-21G ^ & lt;**> to optimize the operation. The active parts of the joint were isolated from the active parts of the joint, and the active parts of the joint were divided into four parts: CH_3-CO-NH-CH_3, Asp25, THR, Gly27, and so on. Now, in the first paragraph of the project, we have finished the optimization of the active parts, the height of the barrier, the height of the barrier and the height of the 24.8kcal/mol. (2) the intramolecular QM/MM method is used to calculate the number of wave movements on the space grid by using the intramolecular QM/MM method. The calculation accuracy of the atomic base plane wave base is better than that of the atomic base method, and the calculation accuracy is better than that of the atomic base plane wave base. Outside the active parts of MM and Tinker Package, the active parts are not in the field of DNA, but not in the field of DNA. We use the Link Atom method to synthesize the field of force in the field. It is possible that the field of force can be completed. QM, QM, MM, and QM are all, and the calculation parts of QM, QM, and QM are all successful. The special QM is the solution of the parallelization algorithm, the parallelization rate, the parallelism, the Poisson equation, and the solution to the Poisson equation step by step. The parallelization rate is calculated by using quantum chemistry. The parallelization rate is more than 80%. It is possible that the parallelization rate is higher than that of 8CPU.

项目成果

高橋 英明: "ハイブリッド型の量子化学計算による生体内化学反応の研究"CICSJ Bulletin. 21(6). 119-122 (2003)

Hideaki Takahashi：“使用混合量子化学计算进行体内化学反应的研究”CICSJ 公告 21(6) (2003)。

Hideaki Takahashi: "Quantum mechanical/molecular mechanical studies of a novel reaction catalyzed by proton transfers in ambient and supercritical states of water"Journal of Chemical Physics. 119. 7964-7971 (2003)

Hideaki Takahashi：“环境水和超临界水状态下质子转移催化的新型反应的量子力学/分子力学研究”化学物理杂志。

Hideaki Takahashi: "A real-space-grid QM/MM study on the ionic/radical association reaction in aqueous phase : HCHO+OH→HCHO-OH"Journal of Molecular Structure(THEOCHEM). 632. 185-195 (2003)

Hideaki Takahashi：“水相中离子/自由基缔合反应的真实空间网格 QM/MM 研究：HCHO+OH→HCHO-OH”《分子结构杂志》(THEOCHEM) 632. 185-195 (2003)。

Takumi Hori: "Hybrid quantum chemical studies for the methanol formation reaction assisted by the proton transfer mechanism in supercritical water : CH_3Cl+nH_2O→CH_3OH+HCl+(n-1)H_2O"Journal of Chemical Physics. 119. 8492-8499 (2003)

Takumi Hori：“超临界水中质子转移机制辅助的甲醇形成反应的混合量子化学研究：CH_3Cl+nH_2O→CH_3OH+HCl+(n-1)H_2O”化学物理杂志119. 8492-8499 (2003)。

A quantum chemical approach to the free energy calculations in condensed systems

凝聚系统中自由能计算的量子化学方法

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Chemical Physics 121
• 作者: T.Watanabe;N.Kimura;K.Totani;I.Harada;T.Akaike;H.Takakashi
• 通讯作者: H.Takakashi