B01：「金属イオンの水和ダイナミクスとタンパク質配位シミュレーション」
渡邉 宙志（慶應義塾大学 量子コンピューティングセンター）
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様々な金属タンパク質における金属の選択/非選択性の背後に存在する共通した金属認識原理は、金属動態を理解し制御する上で非常に重要な要素となる。分子シミュレーションは、一原子・分子レベルの情報にアクセスできるためミクロからこれら原理解明への貢献が期待される。一般的にタンパク質とリガンドの結合を議論するには、タンパク質配位している状態だけでなく、水和状態およびタンパク質に取り込まれる際のダイナミクスまで考慮する必要がある。その際、遷移金属イオンは水分子と強く配位しているために、溶質のイオンだけでなく、水の量子化学効果を考慮する必要がある。近年、我々は新しい計算の枠組みを提唱・開発し、溶媒の量子化学効果の取り込みに成功した。本研究では、当該手法を遷移金属イオンの取り扱いにまで拡張し、溶液系での金属イオンの水和ダイナミクスとタンパク質による取り込みの理論的基盤の創出を目指す。
【関連する代表的論文】
H. C. Watanabe, T. Kubar, M. Elstner
“Size-consistent multipartitioning QM/MM: A stable and efficient adaptive QM/MM method”
Journal of Chemical Theory and Computation 2014, 10, 4242-4252
doi:10.1021/ct5005593
H. C. Watanabe, M. Banno, M. Sakurai
“An adaptive quantum mechanics/molecular mechanics method for the infrared spectrum of water: incorporation of the quantum chemical effect between solute and solvent”
Physical Chemistry Chemical Physics 2016, 18, 7318-7333
doi:10.1039/c5cp07136d
H. C. Watanabe, M. Kubillus, T. Kubar, R. Stach, B. Mizaikoff, H. Ishikita
“Cation solvation with quantum chemical effects modeled by a size-consistent multipartitioning quantum mechanics/molecular mechanics method”
Physical Chemistry Chemical Physics 2017, 19, 17985-17997
doi:10.1039/c7cp01708a
H. C. Watanabe, Y. Yamashita , H. Ishikita
“Electron transfer pathways in a multiheme cytochrome MtrF”
Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017, 114, 2916-2921
doi:10.1073/pnas.1617615114
H. C. Watanabe, Q. Cui
“Quantitative analysis of QM/MM boundary artifacts and correction in adaptive QM/MM simulations”
Journal of Chemical Theory and Computation 2019, 15, 3917-3928
doi:10.1021/acs.jctc.9b00180