平成23（2011）年度　一般研究１実施報告書

課題番号	23−共研−1018	分野分類		統計数理研究所内分野分類		h
				主要研究分野分類		3
研究課題名	バイオ・ナノ分子電子状態の統計化学に関する研究
フリガナ 代表者氏名	サトウ フミトシ 佐藤 文俊		ローマ字		Sato Fumitoshi
所属機関	東京大学
所属部局	生産技術研究所
職　　名	教授

研究目的と成果（経過）の概要

　我々は、タンパク質のための密度汎関数(DF)法プログラムProteinDFを基に、タンパク質の統合的な量子化学計算シミュレーションシステムの開発を行っている。本研究では、活性中心近傍における生体触媒反応をはじめとする量子論に基づくタンパク質の反応・機能解析を行うことを目的とし、現在以下の研究に注力している。
(i) タンパク質第一原理ダイナミクスとその統計処理の研究
(ii) タンパク質波動関数データベース作成と統計処理の研究
　本年度の成果は以下の通りであった。
(i) 第一原理自由エネルギー解析を行う上で、ab initio MDやDFT-MDシミュレーションは率直な手法である。本年度は様々な手法による構造最適化計算を実装した。化学物質の性質や反応を定量的に解析するためには、ポテンシャルエネルギー曲面(Potential Energy Surface : PES)の情報が不可欠である。系の自由度が極めて多いタンパク質のポテンシャルエネルギーをすべての原子核配置について求めるのは事実上不可能であるが、実際には，活性中心回りの構造において得られれば十分実用的である。本プログラムでは、複数の極小値探索法を実装した。最急降下法、共役勾配法，準ニュートン法，修正Powell法，滑降シンプレックス法を実装した。これらの方法を組み合わせてタンパク質全電子計算を行いながら，活性中心回りの部分構造最適化・遷移状態計算を試行している。(ii) 大規模分子の密度汎関数計算をより高速に行うために，分子積分・数値積分演算の高速化と高度並列化を施している．分子積分エンジン，特に計算律速となる4中心2電子積分の計算エンジンを見直し，高速化を図ると共に，微分計算も高速に行えるように機能追加した．交換相関項の数値積分では，行列積を有効に使えるように書き換えた．これにより、複雑な金属タンパク質の効率良く高速かつ高並列に全電子計算が可能となった。このエンジンを用いて多くの金属タンパク質の前電子計算結果をDBに登録し、構造・モデル化学などの面から波動関数のモチーフを見出すことができると期待している。

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

【学会発表】
・T. Hirano, F. Sato, "ProteinDF: High Performance All-Electron Canonical Calculation Program for Proteins", Ninth Triennial Congress of the WORLD ASSOCIATION OF THEORETICAL AND COMPUTATIONAL CHEMISTS, Santiago de Compostela, Spain.
・T. Hirano, F. Sato, "Massively parallel computation strategies for canonical molecular orbital calculations of proteins", 30th JSST Annual Conference(JSST 2011), Tokai University Takanawa Campus, Tokyo, Japan
・平野敏行、恒川直樹、上村（西野）典子、佐藤文俊、"QCLO法に基づくタンパク質全電子シミュレーションプログラムの開発", 第5回分子科学討論会2011札幌、札幌コンベンションセンター、北海道

【ホームページ】
・http://satolab.iis.u-tokyo.ac.jp/
・http://www.ciss.iis.u-tokyo.ac.jp/

研究会を開催した場合は、テーマ・日時・場所・参加者数を記入してください。

研究会を開催しませんでした

研究参加者一覧
氏名	所属機関
阿部 敏彦	東京大学
上村 典子	東京大学
下向 智美	東京大学
千葉 貢治	東京大学
恒川 直樹	東京大学
平野 敏行	東京大学
松田 潤一	東京大学