Development of an integrated structural determination system employing crystallographic diffraction data and ab initio electronic structure calculation of biological macromolecules

开发利用生物大分子晶体衍射数据和从头算电子结构计算的集成结构测定系统

• 批准号: 23654129
• 负责人: TATENO Masaru
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: University of Hyogo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23654129/
• 关键词: 電子構造計算; X線結晶構造解析; 電子密度; ab initio計算; 構造精密化; 生体高分子; バイオインフォマティクス; 情報科学; 計算科学; タンパク質

In this study, we developed a theoretical scheme and a computational system to simultaneously determine the three-dimensional and electronic structures of biological macromolecular systems by integrating crystallographic diffraction data and electronic states obtained by ab initio quantum mechanics calculation. In our algorithm, informatical approaches play a crucial role to obtain the important electronic/geometric structural information involved in the crystallographic data and the electronic states obtained by using ab initio calculations. We evaluated the scheme and the computational system that were developed in this study. As a result of the analysis, we found the critical issues to achieve our goal ; then, we created the improved theoretical schemes by resolving the issues, and thus, produced a prototype system to actualize the strategy for the above-mentioned structural determination. This is a solid basis to further sophisticate the obtained informatical system, thereby leading to create a new strategy to determine the electronic and geometric structures of biological macromolecular systems with high accuracy.

在这项研究中，我们开发了一个理论方案和计算系统，通过整合晶体衍射数据和从头算量子力学计算获得的电子态，同时确定生物大分子系统的三维和电子结构。在我们的算法中，信息学方法在获取晶体学数据中涉及的重要电子/几何结构信息和通过从头计算获得的电子状态方面起着至关重要的作用。我们评估了在本研究中开发的方案和计算系统。通过分析，我们发现了实现目标的关键问题；然后，我们通过解决问题创建了改进的理论方案，从而产生了一个原型系统来实现上述结构确定策略。这为进一步完善所获得的信息系统奠定了坚实的基础，从而为高精度确定生物大分子系统的电子和几何结构创造了新的策略。

项目成果

Recent Applications of Hybrid Ab Initio Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Simulations to Biological Macromolecules, In Some Applications of Quantum Mechanics

混合从头算量子力学/分子力学模拟在生物大分子中的最新应用，在量子力学的一些应用中

• 发表时间: 2012
• 作者: Jiyoung Kang;Yohsuke Hagiwara;and Masaru Tateno
• 通讯作者: and Masaru Tateno

A computational study of functional role of axial methionine ligand of Cu_A site in cytochro me c oxidase

细胞色素c氧化酶Cu_A位点轴向蛋氨酸配体功能作用的计算研究

• 发表时间: 2011
• 作者: Jiyoung Kang;Masaru Tateno
• 通讯作者: Masaru Tateno

生体反応の量子ハイブリッド分子動力学シミュレーション,赤井久純,白井光雲編「密度汎関数理論の発展とマテリアルデザインへの応用」

生物反应的量子混合分子动力学模拟，赤井久纯和白井光云主编，“密度泛函理论的发展及其在材料设计中的应用”

• 发表时间: 2011
• 作者: 萩原陽介;姜志怜;舘野賢
• 通讯作者: 舘野賢

シトクロム酸化酵素のHeme a_3及びCu_Bサイトにおける電子構造の解析

细胞色素氧化酶Heme a_3和Cu_B位点电子结构分析

• 发表时间: 2011
• 作者: 枩岡亨;Jiyoung Kang;舘野賢
• 通讯作者: 舘野賢

Some Applications of Quantum Mechanics

量子力学的一些应用

• 发表时间: 2012
• 作者: Jiyoung Kang;Yohsuke Hagiwara;Masaru Tateno
• 通讯作者: Masaru Tateno