水溶液中における生体分子の酸化・還元反応およびダイナミックスに関する理論的研究

核酸塩基・塩基対に多数の水分子を水和させたクラスターを対象に、量子化学計算(QM)と分子動力学(MM)を組み合わせ、水和構造とその温度依存性を調べる。1)Uracilと水分子nを量子化学的に取り扱い、(100-n)の水分子には古典的力場を用い(MM)、構造最適化を行った。古典系と量子系を結びつける相互作用にはGaoらのパラメーターを使って予備計算を行った。その結果、既成のパラメーターを用いると、特に水素結合の方向性に、量子化学計算と大きな食い違いが生じることが明らかになった。2)そこで、核酸塩基分子と水分子間の相互作用エネルギーを表現する分子間ポテンシャル関数を決め直すことから始めることとした。3)参照系として、uracil-(H_2O)_n(n=1から7)、cytosyne-(H_2O)_1、thymine-(H_2O)_1、guanine-(H_2O)_1、adenine-(H_2O)_1の多くの異性体を選び、MP2/6-31G*計算を行い、その結果を出来るだけ再現するように、分子間相互作用パラメーター(L-Jパラメーター)を決定した。参照系の選択には意図的に非直線な水素結合をしている異性体を取り入れていた。4)その結果、平均2乗誤差を核酸塩基と水の結合エネルギーについて1.3kcal/mol、水素結合距離について0.06A、水素結合角について4.0°にまで小さくすることが出来た。これらの成果の上に立ち、(100-n)の水分子に囲まれた核酸塩基-(H_2O)_nに対するQM/MM分子動力学計算を進めている。

核酸塩基・塩基対に多数の水分子を水和させたクラスターを対象に、量子化学計算(QM)と分子動力学(MM)を組み合わせ、水和構造とその温度依存性を調べる。1)Uracilと水分子nを量子化学的に取り扱い、(100-n)の水分子には古典的力場を用い(MM)、構造最適化を行った。古典系と量子系を結びつける相互作用にはGaoらのパラメーターを使って予備計算を行った。その結果、既成のパラメーターを用いると、特に水素結合の方向性に、量子化学計算と大きな食い違いが生じることが明らかになった。2)そこで、核酸塩基分子と水分子間の相互作用エネルギーを表現する分子間ポテンシャル関数を決め直すことから始めることとした。3)参照系として、uracil-(H_2O)_n(n=1から7)、cytosyne-(H_2O)_1、thymine-(H_2O)_1、guanine-(H_2O)_1、adenine-(H_2O)_1の多くの異性体を選び、MP2/6-31G*計算を行い、その結果を出来るだけ再現するように、分子間相互作用パラメーター(L-Jパラメーター)を決定した。参照系の選択には意図的に非直線な水素結合をしている異性体を取り入れていた。4)その結果、平均2乗誤差を核酸塩基と水の結合エネルギーについて1.3kcal/mol、水素結合距離について0.06A、水素結合角について4.0°にまで小さくすることが出来た。これらの成果の上に立ち、(100-n)の水分子に囲まれた核酸塩基-(H_2O)_nに対するQM/MM分子動力学計算を進めている。