分子スケール研究開発チーム成果報告

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ISLiMᡂᯝሗ࿌఍2011     Light-­harvesting  protein  9  G.  Engel,  T.  Calhoun,  E.  Read,  et  al,  Nature,  446,  782-­786  (2007).  

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Multipole Summation Method䠅䜢ᑟධ䛧䚸abinitio QM/MD㐃ᡂィ⟬䜢㧗⢭ᗘ䛷㧗㏿䛻ᐇ⾜3

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Photosynthetic Reaction Centerwith two His side-chains .

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Parallelized DFT computation by Platypus-QM
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CIS-DFT,DFT MP2䠅䛸䚸ྂ඾
MP2䠅䛸 ྂ඾for a system with cc-pVDZ
cc pVDZ (2728 AO)(ᩚഛ୰䛾䛂ி䛃䝅䝇䝔䝮䛻䜘䜛ᬻᐃⓗ䛺್䠅ຊᏛ䛻䜘䜛MD䠄ศᏊືຊᏛ䠅䛸䛾㐃ᡂィ⟬

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QM/MD㐃ᡂィ⟬㐃ᡂィ⟬䝥䝻䜾䝷䝮䠄platypus䝥䝻䜾䝷䝮䠄
platypus䠅䛾䠅䛾㛤Ⓨ㛤Ⓨ

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Spee
edup

Computation with Platypus program
Yonezawa et al. (2009) J. Ame. Chem. Soc., 131, 4535-4540

19 Åtrans-state

Ace-Pro-NMe in TIP3P 1354
Basis Set 4-31G
ǻt = 2 fsec
Cutoff = 12 Å 300K
Umbrella sampling/
Umbrella integration methods

Simulation system

cis-state

Cis-trans isomerization process ofa solvated proline dipeptide revealed
by hybrid-ab initio QM/MD

FUNCTION

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400 000 core ⛬ᗘ䛾scalable䛺㉸୪ิ䜢㐩ᡂྍ⬟⛬ᗘ䛾l bl 䛺㉸୪ิ䜢㐩ᡂྍ⬟

hybrid-QM/MD
hybridQM/MD䜢฼⏝䛧䛯⢒䜢฼⏝䛧䛯⢒⤖ྜ䠄⤖ྜ䠄chainchain--ofof-state
stateἲ䠅ἲ䠅㉸୪ิ䝅䝭䝳䝺䞊䝅䝵䞁䛻䜘䜛㓝⣲཯ᛂᶵᵓ◊✲㉸୪ิ䝅䝭䝳䝺㉸୪ิ䝅䝭䝳䝺䝅䝭䝳䝺䞊䝅䝵䞁䛻䜘䜛㓝⣲཯ᛂᶵᵓ◊✲䝅䝵䞁䛻䜘䜛㓝⣲཯ᛂᶵᵓ◊✲

Yonezawa et al. (2009) J. Ame. Chem. Soc., 131, 4535-4540

The pyramidal conformations (sp3) appear at thettransition
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reducing
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i ht

d t| 1 2 3|
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Pro
CĮ

N

Cis

25 kcal/mol

Free energy landscape with the pyramidality

75

Chem. Phys. Lett. (2011) 506, 98-103

NNature(2011) 4473,
3 55-60
60

Platypus--QM/MM
Platypus
QM/MM䛻䜘䜛ᛂ⏝ィ⟬䛻䜘䜛ᛂ⏝ィ⟬౛౛

I. Fukuda, Y. Yonezawa, H. Nakamura (2011) J. Chem. Phys. 134, 164107

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Zero--dipole summation method
Zero

I. Fukuda, Y. Yonezawa, H. Nakamura (2008) J. Phys. Soc. Jpn. 77, 114301
Y Yonezawa,Y.
Yonezawa I.
I Fukuda
Fukuda, H
H. Nakamura (2011) J.
J Chem.
Chem Theory Comput.
Comput 7,
7 1484䞉୪ิ໬䛜ᅔ㞴䛺PME䜢౑䜟䛺䛔ィ⟬䛾䛯䜑䚸୪ิ໬䛾ຠ⋡䜢ᐜ᫆䛻ୖ䛢䜙䜜䜛䛯䛰䛧䜸䝸䝆䝘䝹ἲ䛻䛿Energy-Force䛾
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0.4

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HI+

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HI*

0.29

35

“Entrance”

Murakami 2006

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Access[[[ligandTransmembrane
domainPorterdomainTolCdocking
domainProtein L

Protein G

Yao et al, Nature Comm 2010

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Atomic interaction-based CG model,
Li, Wolynes, Takada PNAS 20111) ඲ཎᏊ䝰䝕䝹(AA)䛾ᑐ䜶䝛䝹䜼䞊䛛䜙䚸䜰䝭䝜㓟ᑐ䜶䝛䝹䜼䞊 İij 䜢ᑟ䛟AtomicCG

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Yao

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J. Comp.
Theo. Chem.
2011

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Tunnel 2

E

Tunnel 3

Membrane䠖
P-Chem

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DNA䠖
Structure-based+ P-Chem

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Protein:
Structure-based, switching

VersionV
i 1.0
1 0 ((onlyl fforproteins), available atwww.cafemol.org

Towards
106 atoms & mstime events on
K
K-computer
t
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Fortran 90, MPI

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CafeMol: ᐇ⿦䛸HPC

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36

DNA
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37

(謝辞)
本資料集に記載されている「京」での計算は、2011 年 3 月の「京」の特別運用およびその後の試験利用によって行われたものです。
また、本資料集に記載されている「京」を使用した測定値は、開発整備中の「京」による、測定時点での数値です。