平成23年5月25日
分子モデリングと分子シミュレーション

ポテンシャルエネルギー
東京大学大学院農学生命科学研究科
アグリバイオインフォマティクス
教育研究プログラム
寺田 透

講義予定
1. 5月25日（水）2 6月01日（水）2.
3. 6月08日（水）3
4. 6月15日（水）ポテンシャルエネルギーポギ
分子動力学法とモンテカルロ法
分子動力学法の応用
複合体構造モデリング
複合体構造
デリング

参考図書
参考図書：
岡崎 進 「コンピューターシミュレーションの基礎」 化学同人

本日の講義内容• ポテンシャルエネルギーとは
ポギ• 分子軌道法実習• 分子力学法– 課題１• 力場パラメータの決定
力場パラメ タの決定• エネルギー最小化• 分子力学法実習– 課題２

立体構造とエネルギー• 物体に力をかけて変形させると、物体の持つ「ポテンシャルエネルギー」が大きくなる力• 同様に分子も変形すると、その分子が持つポがポテンシャルエネルギーが変化する

分子のポテンシャルエネルギー• 分子のポテンシャルエネルギーは、
ポギgSchrödinger方程式を分子軌道法を用いて近似的に解くことで計算できる– 分子軌道：分子における１電子の波動関数• 分子軌道は、分子を構成する各原子を中心とした原子軌道の和で表される
た軌道 和 表される
• 原子軌道は基底関数を用いて表される

参考：Schrödinger方程式
NN M
N N1Z
12A
ˆ
H elec = −∑ ∇ i − ∑∑+ ∑∑i =1 2i =1 A=1 riA
i =1 j >i rij

Hˆ elecl Φ = Eelecl ΦM

M

Z AZ BE = Eelec + ∑ ∑A=1 B > A R AB
分子のポテンシャルエネルギー

N: 電子数
M: 原子数ZA: 原子Aの原子番号

分子軌道法実習（１）• 本実習では、量子化学計算ソフトウェア
Gaussian 09Wを用いる• デスクトップにあるアイコン をダブルクリックして このソフトウェアのグラフィックユ ザクして、このソフトウェアのグラフィックユーザーインターフェイスGaussView 5.0を起動

Current Fragment

Control Panel

Molecule View Window

分子軌道法実習（２）1 Control PanelのRing Fragment1.
をクリックし、Current Fragmentがbenzeneになっていることを確認して、MoleculeM ll View
Vi
Windowの中Wi d の中を左クリック
2 Control Panelのメニューから
2.
Panelのメニュ から「Calculate」→「Gaussian Calculation Setup…」を選択
3. Job typeを「Energy」、MethodのBasis setを6-31G(d)に設定し 「S b it」設定し、「Submit」
4. インプットファイルを保存するか聞かれるので「Save」し、デスクトップに benzene.gjf」として保存する
デスクトップに「benzene.gjf」として保存する
5. Run Gaussianウィンドウが出るので「OK」

分子軌道法実習（３）6. 計算が終わったらGaussian算が終windowを閉じるか聞かれるので「はい」
7. Gaussian Job Completedウィンドウでは、benzene logファイルを選択し「OK」
benzene.logファイルを選択し「OK」
8. Control Panelのメニューから、「Results」→「Summary」を選択→E(RHF)の欄に分子のポテンシャルエネルギー
ポテンシャル
ネルギ *が表示されている*1 a.u. = 627.509 391 kcal/mol

用語の解説• Method：Schrödinger方程式を解くのに用いる近似法
M th d S h ödi方程式を解くのに用いる近似法– Hartree-Fock：ab initio法における基本– Semi-empirical：半経験的（大規模な系を小さな計算コス
S ii i l 半経験的（大規模な系を小さな計算 ス
トで扱えるが結果の信頼性は低い）– DFT：密度汎関数法（電子相関の効果を比較的小さな計算コストで取り込むことができる）• Basis Set：各原子におく基底関数系
各原関数系– STO-3G、3-21G、6-31G、6-311Gの順により複雑な軌道が表現できる– 必要に応じてdiffuse関数（+、++）、分極関数（(d)、(d,p)など）を加える

分子を変形してみよう• Control
C t lP
PanelのModifylのM dif B
Bonddをクリ クした後 ベをクリックした後、ベンゼンの隣り合う２つの原子をクリック• 次のように結合長を変える• 同様にエネルギーを計算してみよう
同様にエネルギ を計算してみよう（ファイルはデスクトップにbenzene2.gjfとして保存）エネルギー最小化• 分子を変形するとエネルギーが大きくなる
ギ がエネルギ が小さくなるように変形させること• エネルギーが小さくなるように変形させること
で、もとの構造に戻してみよう
• Job
J bT
Typeをを「Optimization」に設定し「Submit」（（ファイルはデスクトップにbenzene3.gjfとして保存）
保分子力学法• 量子化学計算は計算コストが大きい
量子化学計算は計算 ストが大きい– 電子数の4乗に比例して計算コストが増大• 分子の変形によるエネルギーの変化を小さな計算コストで予測できるようにしたい• 分子の変形を、①結合長（rb）、②結合角（θa）、③二面角（ϕd）、④共有結合を介さない原子間距離（rij）、の変化で表し、全体の）、の変化で表し、全体のエネルギーの変
ネルギ の変化をそれぞれの変化からの寄与の和で表す
Etotal = Ebond + Eangle + Edihedral + Enonbond

ポテンシャルエネルギー関数• 構造変化の成分ごとに、エネルギーの変化を構造変化の成分ごとに エネルギ の変化を「関数」を用いて再現する• 例えば、結合長のエネルギー関数は、分子の結例えば 結合長のエネルギ 関数は 分子の結合長を変化させた時のエネルギーの変化を計算し、これを再現できるように決める• ポテンシャルエネルギー関数の例①結合長(E (r ) = ∑ kb rb − rb②結合角③二面角) + ∑ k (θ − θ ) + ∑ k [1 + cos(n φ − δ )]0 2baaa0 2add

⎧ ⎡⎛ σ ⎞12 ⎛ σ ⎞ 6 ⎤ q q ⎫⎪ ⎢⎜ ij ⎟iji j ⎪⎜⎟⎥++ ∑ ⎨4ε ij−⎬⎜
⎜⎟
⎟
rrr
⎢⎥
ijj ⎪ij ⎪⎝ ij ⎠ ⎦⎩ ⎣⎝ ij ⎠⎭④非共有結合相互作用d d0d結合長（１）
1 講義のページからH2.gjfをダウンロードし、デス
1.
講義のペ ジからH2 jfをダウンロ ドし デス
クトップに保存する
2 スタートメニューから「すべてのプログラム」→2.
スタ トメニから「すべてのプログラム」「Gaussian 09W」→「Gaussian 09W」を選択し起動
3. メニューの「File」→「Open」で、H2.gjfを開く
4 Existing Job Editウィンドウが現れるので4.
Editウィンドウが現れるので、このこのメニューから「File」→「Exit & Run」
5 Output File名を聞かれるので5.
File名を聞かれるので、デスクトップにデスクトップにH2.outとして保存する結合長（２）
6. 計算が終了したらメニューから「File」→「Exit」
6
計算が終了したらメから「Fil「E it
7. GaussView 5.0を起動し、Control Panelのメニューの「File」→「Open」でH2.outを開く（ファイルの種類を「Gaussian Output Files(*.out *.log)」にする）する）
8. Control Panelのメニューの「Results」→「Scan」を開く
p ウィン ウ 内部を右クリックし、9. Scan plotウィンドウの内部を右クリックし、Save Dataを選択し、デスクトップにH2_scan.txtとして保存結合長（３）
H2の共有結合長の変化に伴うエネルギーの変化-1.05-1.06
1 06

Energy [[a.u.]-1.07-1.08

y = 2.6393x4 - 9.5699x3 + 13.26x2 - 8.1636x + 0.7395-1.09-1.1-1.11-1.12-1.13-1.14
0.5

0.6

0.70.8B d llength
Bondth [Å]0.91• H2_scan.txtをExcelでを開き、グラフを書くと、4次関数でよく近似できることがわかる• 構造変化に伴うエネルギー変化をあらかじめモデル化しておくことで、低い計算コストでエネルギーを求めることができる

エネルギー関数の近似
H2の共有結合長の変化に伴うエネルギーの変化
-1.05
-1.06
1 06

Energy [[a.u.]-1.07-1.08

y = 2.6393x4 - 9.5699x3 + 13.26x2 - 8.1636x + 0.7395-1.09

r0-1.1-1.11-1.12-1.13-1.14
0.5

0.6

0.7

0.80.91• 実際には、エネルギー最実際には エネルギ 最小状態のまわりを熱ゆらぎしている• 生体分子のシミュレーシ
ョンで扱う温度は300 K程度→kT = 0.6 kcal mol–1 =10–3 a.u.
• 実際の結合長の変化は0.04 Å程度

B d llength
Bondth [Å]∂E (r )
1 ∂ 2 E (r )2
3
Δr +E (r0 + Δr ) = E (r0 ) +rO
rΔ+Δ∂r r02 ∂r 2 r( )0E (r0 + Δr ) − E (r0 ) ≈ k (r − r0 )2Δrが小さければ2次式で近似できる参考：テイラー展開
関数f(x)のx = pのまわりでの展開
x = pからの微小な変位をΔxとおく

1 d 2 f (x )df ( x )2f ( p + Δx ) = f ( p ) +x
Δx +Δ+
2dx x = p
2! dx x = p
1 d k f (x )
kx+L+
Δ+L
k
k! dx x = p

df ( x )1 d 2 f (x )23xOx
= f ( p) +Δx +Δ+Δ
dx x = p
2! dx 2 x = p( )２次までの展開

誤差項（Δx3のオーダー）

運動の比較

E (r ) = k (r − r0 )2∂E (r )F (r ) = −= −2k (r − r0 )∂r
μ &r& = −2k (r − r0 )

ω=2km1m2, μ=μm1 + m2r (t ) = A cos(ω t + δ ) + r0

黒実線：ab黒実線
b initoi it MD赤破線：古典近似解析解

ポテンシャルエネルギーを量子化学計算を用いて求める代わりに、エネルギー関数を用いて近似しても、ほぼ同じ軌道が得られる

結合角のエネルギー関数
H2Oの結合角の変化に伴うエネルギーの変化

モデル系：水分子

θ0θ-75.998
75 999-75.999

Energy [[a.u.]-76-76.001-76.002-76.003-76.004-76.005

Gaussian job file: H2O.gjf-76.006
9095

100

105

110115120

A l [dAngle[degree]]∂E (θ )
1 ∂ 2 E (θ )23E (θ 0 + Δθ ) = E (θ 0 ) +Δθ +OΔ
θ+Δθ∂θ θ 02 ∂θ 2 θ(0E (θ 0 + Δθ ) − E (θ 0 ) ≈ k (θ − θ 0 )2)分子間相互作用の計算（１）1 Ga
1.
GaussView
ssVie 5.0を起動し、5 0を起動し Control PanelのElementFragmentをクリックして「O」を選択、 Current FragmentがOxygen Tetravalentになっていることを確認して、
M lMoleculel View
ViWindowの中を左クリック
Wi d の中を左クリ ク
2. ややはなれた別の位置を左クリック
3 Control PanelのElement Fragmentをクリックして「C」を3.
選択、 Current FragmentがCarbon Tetrahedralになっていることを確認して、
M lMoleculel Vi
View Wi
Windowのd の
H2Oの水素原子から１つ選
びクリック→CH3基に置換
4. 同様にもう1つのH2O分子の水素原子をCH3基に置換

分子間相互作用の計算（２）5 Control
5.
C t lP
Panelメニューの「Calculate」→「Gaussianlメニの「C l l t 」 「GiCalculation Setup…」を開き、 Job typeを「Energy」、MethodのBasisgy」、setを6-31G(d)に設定を( ) 設定
し、「Submit」（ファイルはデスクトップにmethane2.gjfとして保存）
6 同様にCH3OH 1分子についてもエネルギ
6.
1分子についてもエネルギーを計算を計算（ファイルはデスクトップにmethane1.gjfとして保存）
7 以下の式を用いて相互作用エネルギ
7.
以下の式を用いて相互作用エネルギーを求めるを求める

ΔE = EAB − (EA + EB )ΔE = –230.0688122 –[2×(–115.0334869)]= –00.0018384
0018384 a.u.
a u = –1
1.15
15 kcal mol–1分子間相互作用の成分
van derd Waals相互作用
W l 相互作用+δq斥力–δq+δq 引力–δq

静電相互作用静電相互作用エネルギー関数• 量子化学計算では電子密度ρ(r)が計算される• 電子密度ρ(r)から分子のまわりの静電ポテンシャルϕ(r)が計算できる• 静電ポテンシャルを再現するように原子に部分電荷をおく• 静電相互作用を部分電荷どうし相互作用 し 計算するの相互作用として計算する
Eij =–δq

qi q jRi − R j+δqvan der Waals相互作用
MP2/cc-pVTZ

メタン

HF/cc-pVTZr
メタン分子間に引力が働いている

無極性分子間に働く引力（分散力）は、電子相関を考慮した高精度な量子化学計算によ て初めて現れる
した高精度な量子化学計算によって初めて現れるvan der Waals引力の起源
無極性分子であっても電子雲のゆらぎによって瞬間的に双極子が生じ 近くの分子子が生じ、近くの分子に双極子を誘起する

双極子 誘起双極子
双極子・誘起双極子
相互作用は常に引力<μ>=0→引力項の起源<E(r)>=0

van der Waalsエネルギー関数

r⎡⎛ σ ⎞12 ⎛ σ ⎞ 6 ⎤EvdW (r ) = 4ε ⎢⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ ⎥⎝ r ⎠ ⎥⎦⎢⎣⎝ r ⎠r=σでEvdW=0
r=21/6σでEvdW=–ε （最小値）

斥力項 引力項

二面角のエネルギー関数（１）モデル系：ブタン

φ

ブタンの二面角の変化に伴うエネルギーの変化-157.27-157.275

Energy [a.u.]
E-157.28

Gaussian job file: butane.gjf-157.285
157 29-157.29-157.295-157.3
157 3-180-120-60060

Dihedral angle [degree]

120180二面角のエネルギー関数（２）• 周期関数の重ね合わせと1番目と4番目の原子間の期 数 重 合わ番番
van der Waals相互作用の和で表される[(E (φ ) = ∑ ki 1 + cos niφ − δ i0)]

i-157.27-157.275⎡⎛ σ ⎞12 ⎛ σ ⎞ 6 ⎤+ 4ε ⎢⎜⎜ ⎟⎟ − ⎜⎜ ⎟⎟ ⎥⎢⎣⎝ r14 ⎠⎝ r14 ⎠ ⎥⎦van der Waals

Energy [a.u.]
E-157.28-157.285
157 29-157.29-157.295

周期関数-157.3
157 3-180-120-60060

Dihedral angle [degree]

120

180

1番目と4番目の原子間のみ
van der Waals相互作用を考慮課題１• ブタンの二面角の変化に伴うエネルギーの変化を表すポテンシャ
化を表すポテンシャルエネルギー関数のパラ
ネ ギ 関数
ラメータk、n、δ、ε、σを決定せよ– 講義のページにあるbutane_scan.xlsxをダウン
講義のページにあるbutane scan xlsxをダウンロードして利用すること– 1番目と4番目の原子間距離はGauss
1番目と4番目の原子間距離はG
View
Vi
5.0
50のScan Plotウィンドウのメニューの「Plot」→「Pl t Molecular「PlotM ll P
Property」を開き、「Bond」、t 」を開き 「B d」「1」、「４」を指定して求めること

力場パラメータの決定• 力場パラメータとは？
パタ– ポテンシャル関数で用いられるパラメータ（平衡結合長、ばね定数 部分電荷など
ばね定数、部分電荷など）• 非経験的パラメータ– 量子化学計算の結果からパラメータを求める• 経験的パラメータ
経験ラタ– 構造や熱力学量などの実験値を再現するようにパラメータを決める

問題点と解決法（１）• タンパク質や核酸など生体高分子は多数の原子からなる– 生体高分子全体について量子化学計算を行うのは困難• 同じアミノ酸、同じヌクレオチドなど、同じ構成単位には同じ力場パラメータを使う– さらに、異なる構成単位の間でも、化学的に類似した環境にある原子は同じ原子種とみなし、（点電荷を除いて）同じ力場パラメータを割り当てる場– 同じ原子種を含む小さなモデル化合物についてパラメー
タを決定する原子種とモデル化合物の例
H

H1

O

O

HC

HA
HC

N
HC

CT
CT

HC

CA

HA
CA

HC

C

C

HA

CT

CT

N

HC

H

HC

CA

HA

CA

CA

CA

CA

HC
HA

HA

CA

HA

H1

CA

HA

CA
HA

H1

CAC

CT

HA
H1

OH
HO

モデル化合物OH
HOJorgensen & Tirado-Rives, J. Am. Chem. Soc. 110, 1657 (1988)

問題点と解決法（２）• 凝縮相（液相など）では、分子が接近している
第分子 位置分子 相ため第３の分子の位置が２つの分子の相互作用に影響を与える– 気相で決めたポテンシャル
エネルギー関数をそのまま適用できない
12気相

312凝縮相有効ポテンシャルエネルギー
E (r1 , r2 , r3 ) = E (r1 , r2 ) + E (r1 , r3 ) + E (r2 , r3 ) + ΔE (r1 , r2 , r3 )
eff
eff
eff
= E (r1 , r2 ) + E (r1 , r3 ) + E (r2 , r3 )E(r1,r2,r3)：３分子系の相互作用エネルギー
E(r1,rr2)：２分子系の相互作用エネルギー) ２分子系の相互作用エネルギ
Eeff(r1,r2)：有効２体間相互作用エネルギー31

厳密な多体間相互作用の効果を２体間相互作用のエネルギー関数に取り込む

2凝縮相

このエネルギー関数のパラメータを実験値を再現するように決める

水分子のモデル（１）
r(OH)
∠HOH
rr*

εqH

SPC
TIP3P
1 0 0.9572
1.00 9572
109.47 104.52
1 7766 1.7683
1.7766
1 76830.1554 0.1520
0 410.41
0 417
0.417

r(OH)
( ) [[Å],], ∠HOH [[degree]g ]r* [Å12 kcal mol-1], 2r* = 6 2σε [Å6 kcal mol-1]
qO=−2qHr*

van der Waals相互作用は酸素原子間のみ計算する

Jorgensen et al. J. Chem. Phys. 79, 926 (1983)

水分子のモデル（２）
密度
蒸発熱
定圧比熱
膨張率
圧縮率

SPC
TIP3P 実験値
0 971
0.971
0 982
0.982
0 997
0.997
10.77
10.45
10.51
23 423.4
16 816.8
17 99
17.99
584125.72718
45 845.8

密度[g cm−3]、蒸発熱[]、蒸発熱[kcal mol−1]
定圧比熱[cal mol−1 K]
膨張率[10−5 K−1]、圧縮率[10−6 atm−1]
いずれも25℃、1ずれも ℃
atmにおける値
おける値
Jorgensen et al. J. Chem. Phys. 79, 926 (1983)

生体高分子の力場パラメータ• ポテンシャルエネルギー関数のパラメータ（力場パポシネ ギ 関数 パ メ タ（力場パラメータ）は、分子シミュレーションのソフトウェアと共に配布されている• AMBER– http://www.ambermd.org/
htt //bd/• CHARMM– http://www.charmm.org/
htt //h/• GROMOS, GROMACS– http://www.igc.ethz.ch/gromos/
htt //ith h//– http://www.gromacs.org/

エネルギー最小化（１）• 立体構造（座標）を変化させて、エネルギー関数数の値が最小になるようにすること• 立体構造最適化とも呼ばれる• 分子動力学シミュレーションを行う際には、原
分子動力学シシ を行う際には 原子同士のぶつかりを排除したり、構造のゆがみを正すために、最初に必ず行う

エネルギー最小化（２）• １次のアルゴリズム
次のア ゴリズム– Steepest descent（最急降下）法
最も単純、収束までに多段階を要することがあるが– Conjugate gradient（共役勾配）法
エネルギー関数がN次元の２次形式で近似でき
ギ数が 次次似る場合、N回の操作で極小に到達する• ２次のアルゴリズム
ゴ ズ– Newton-Raphson法p
収束は早いが、Hessian（∇2E）の計算に膨大な時間がかかるSteepest descent法
1.
2.

3
3.

4.

初期構造をr0とする。
初期構造をとする
現在の構造riにおける勾配 i=−∇E(r配g∇E( i)を計算する。
勾配方向にエネルギ
勾配方向にエネルギーが最小になる構造を求め、ri+1とする。
め、
上記２・３をエネルギーがこれ以上小さくならなくなるまで繰り返す。
2 22 2()fx,y=x+2yの最小化
f ( x, y ) = ( x 10 ) + 2 yの最小化

Newton Raphson法
Newton-Raphson法• 以下に従って、∇E(r+Δr)が0となる（すなわちEが極以下に従 て ∇E( Δ )が0となる（すなわちEが極小値をとる）変位Δrを求める

1E (r + Δr ) = E (r ) + ∇E (r ) ⋅ Δr + Δr ⋅ ∇ 2 E (r )Δr + L
22()()∇ Δr E r + Δr = ∇E r + ∇ E (r )Δr + L = 0[]Δr ≈ − ∇ E (r ) ∇E (r )2−1

• エネルギーがこれ以上小さくならなくなるまで繰返す
ネルギ がこれ以上小さくならなくなるまで繰返す
• 収束が非常に早いので、次元が低い場合に有用

エネルギー最小化法の問題点• いずれもエネルギー関数がず もギ数が極小値をとる立体構造を探索する手法• 生体高分子には多数のエネルギ 極小構造が存在ネルギー極小構造が存在するため、エネルギー最小構造の探索は困難• 分子動力学法、モンテカル
ロ法を利用したsimulatedannealing法が使われるこ法が使われるとが多い

初初期構造エネルギ
エネルギー
最小構造

エネルギー最小化
ネ ギ 最小化
アルゴリズムを用いて到達可能な構造

Discovery Studio 3
3.00 Clientの起動• Discovery Studio 3.0 Clientのアイコンをダブルクリックして起動• メニューの「View」→「Explores」→「Tools」を選択し Toolsタブを表示させておく「Tools」を選択し、Toolsタブを表示させておく• メニューの「View」→「Toolbars」→「Sketching」を選択し、Sketching tool barを表示させておく

低分子化合物の生成（１）
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.

メニューの「File」→「New」→「Molecule
メニの「Fil 」 「N 」 「M ll WiWindow」をd 」を選択し、新しいウィンドウを開く
SketchingツールバーからRing
Sketchingツルバ からRing を左クリック、Molecule Windowの真ん中付近を左クリック
ViewツールバーのRotate を左クリック→Sketchingモードを解除
Sk t hi モ ドを解除
メニューの「View」→「Hierarchy」を選択し、Hierarchy
Windowを表示
炭素原子を１つ左クリックし選択→黄色でマークされる
Hierarchy Windowのツリーを展開し、対応する原子がマークされていることを確認

低分子化合物の生成（２）7 M
7.
Moleculell Wi
Windowの中で右クリックしてメニューをd の中で右クリックしてメニを出し、「Attributes of C5…」を選択（原子名は選択した原子によって異なる）→HybridizationがSp3になっていることを確認
8. Molecule Windowの中で何もないところを左クリックして選択を解除
ク選択を解除
9. 「Ctrl」キーと「A」を同時に押して全原子を選択
10. メニューの「Chemistry」→「Bond」→「Aromatic」「「「を選択→AttributesのHybridizationがSp2になっていることを確認せよ低分子化合物の生成（３）11. 「Simulation」ボタンを左クリック
12 Toolsタブの「Change Forcefield」
12.
を左クリックして展開する
13. Forcefieldを「CHARMm」、PartialChargesを「Momany-Rone」とし、「Apply Forcefield」を左クリック
14 水素原子が付加され、Forcefield
14.
水素原子が付加され Forcefield
Statusが「Molecule 1 typed withCHARMm」となっていることを確認
15. Attributesで、部分電荷や原子種がアサインされていることを確認せよ参考：Molecule Windowの操作（１）• Molecules Windowの中を左クリックしてアクティブにしてから以下の操作を行う• 回転– をクリックしてから3Dをクリ クしてから3D Wi
Windowの中で左ドラッグ
d の中で左ドラ グ• 並進– をクリックしてから3D Windowの中で左ドラッグ

• ズーム
ズ ム
– をクリックしてから3D Windowの中で左ドラッグ

参考：Molecule Windowの操作（２）• 選択– Molecule Window上で原子をクリック→その原子が選択され、黄色い四角でマ クされる
され、黄色い四角でマークされる– Molecule Window上で原子をダブルクリック→その原子を含む残基が選択され、マークされる– Hierarchy
Hih WiWindowでもチェイン、残基、原子、グループ
d でもチ イン 残基 原子 グル プ（backboneなど）単位で選択できる– 何もないところをクリックすると選択を解除できる
何をす
選択を解除
– Hierarchy WindowではCtrlキーを、Molecule WindowではShiftキーを押しながらクリックすると複数選択ができる• 属性（attribute）
属性（ tt ib t ）– 選択した後右クリックで表示できる

参考：Molecule Windowの操作（３）• Home– 最初の向き、位置に戻す• Fit to Screen– （選択した）構造をWindowにフィットするように並（選択した）構造をWi d にフ トするように並進、拡大・縮小• Center Structure– （選択した）構造の中心がWindowの中心に来る
ように並進参考：力場パラメータ• DiscoveryDiSt
StudioにはCHARMMが統合されている
di にはCHARMMが統合されている• シミュレーションの対象に応じて力場パラメータを使い分けるのが良い– CHARMm：General-purpose Momany and Rone
all atom forcefield that also provides automatic
all-atomparameter estimation– charmm22：Academic all-atom forcefield used for
simulating protein systems– charmm27：Academic all-atom forcefield used for
simulating
i l ti DNA andd proteint i systemst

エネルギー最小化（１）1 メニューの「Window」→「Close1.
メの「Wi d「ClAllAll」で現在で現在出ているWindowを閉じる（Saveするか聞
かれるが「かれるが「No」で良い）
良 ）2. メニューの「File」→「New」→「Molecule」」
Window」を選択し、新しいウィンドウを開く
3 Sketchingツ3.
Sketchingツールを使ってdibenzo-p-dioxin
ルを使ってdibenzo-p-dioxin
Oを作れ（原子の変更はメニューの（原子の変更はメニュの「Chemistry」→「Element」）
Oエネルギー最小化（２）4. Forcefieldには「CHARMm」を用いる
4
Ffi ldには「CHARM を用いる
5. Toolsタブの「Run Simulation」のツリーを展展開し「Minimization」をクリック
設定ウィン ウ 現れる→設定ウィンドウが現れる
6. 右下のように設定して「Run」
7 メニューの「View」
7.
メニの「View」→「Data Table」でエネルギ 値を確
エネルギー値を確認せよ

SMILESによる化合物の表現• 低分子化合物の構造の表現方法の１つの低分子化合物 構造 表現方法
SMILESがある• 新しいMolecule Windowを開き、メニューの」From」→「SMILES」を選択」」を選択「File」→「Insert• Smiles stringに入力すると対応する分子が生成される（aromaticは小文字）– benzene: c1ccccc1– dibenzo-p-dioxin:
dib
di i c13ccccc1Oc2ccccc2O3
131O 2
2O3– alanine: [N+][C@@H](C)C(=O)[O-]
http://www.daylight.com/dayhtml/doc/theory/theory.smiles.html

課題２• 以下の分子を作成し、エネルギー最小化計
以下の分子を作成し エネルギ 最小化計
算をせよ

Oseltamivir: インフルエンザ治療薬（商品名：Tamiflu）• Force fieldはCHARMmとすること• エネルギエネルギー最小化後の構造の図をPNG形式
最小化後の構造の図をPNG形式で保存すること

課題の提出• 課題１については、作成したExcelファイル、課題
課題２については、エネルギー最小化後の構、 ネ ギ 最小化後 構造の図のファイルを添付してメールで寺田宛（tterada@iu a u-tokyo（tterada@iu.a.utokyo.ac.jp）に送ること
ac jp）に送ること• 課題2については、エネルギー最小化前と後のエネルギー値を本文に記載すること
ネ ギ 値を本文に記載する と• 件名は「分子モデリング課題」とし、本文に氏件名は 分子モデリング課題」とし、本文に氏名と学生証番号を必ず明記すること