遠隔インタラクティブ講義

2016年11月22日「計算生命科学の基礎（Ⅲ）」QM/MM法によるタンパク質機能解析
広島市立大学大学院情報科学研究科
鷹野 優
ytakano@hiroshima-cu.ac.jp

概要
I. 序論
II. QM/MMの理論
III. 金属タンパク質中の補欠分子の電子構造
III-1. 暗所作動型プロトクロロフィリド還元
酵素 (DPOR)中の[4Fe-4S]クラスター
III-2. 光合成反応中心のスペシャルペア
IV. Photoactive Yellow Proteinに現れるH/D同位体効果の理論的解析
V. 生体高分子生化学的機能解析のための分子計算技術の開発
V-1. 半経験的分子軌道法によるQM部分の高速化
V-2. 超並列QM/MM-MD連成計算プログラムPlatypus
VI. まとめタンパク質は活性中心固有の性質を強める

I. 序論タンパク質は、個々にいろいろな機能を持つ
抗体

酵素
細胞外

光合成
活性中心

細胞膜
細胞内

受容体

Our goal
構造機能相関
分子構造

分子のかたち電荷分布
軌道相互作用機能（例） Croタンパク質
DNAと強く結合し、RNAポリメラーゼによる転写を邪魔します
DNA

赤：負電荷
青：正電荷

Croタンパク質

タンパク質がDNAを認識する

Our goal
分子構造ー電子構造ー機能相関
分子構造

分子のかたち

電子構造

機能
電荷分布
軌道相互作用分子構造・電子構造は機能発現をどのように制御しているか？

タンパク質の電子構造
1) タンパク質は巨大で、ヘテロで、ダイナミックな系
2) タンパク質の機能の発揮は局所部位の電子状態に依存するタンパク質のつくる電場

光合成反応中心タンパク質のつくる環境は電子構造に影響

タンパク質の電子構造
1) タンパク質は巨大で、ヘテロで、ダイナミックな系
2) タンパク質の機能の発揮は局所部位の電子状態に依存する

はたらく時には形が変わる。
タンパク質のうごき(ダイナミクス)は電子構造に影響

タンパク質の電子構造
1) タンパク質は巨大で、ヘテロで、ダイナミックな系
2) タンパク質の機能の発揮は局所部位の電子状態に依存する
計算サイズ
活性中心そのもの

小活性中心をとりかこむタンパク質
溶質分子をとりかこむ溶媒分子
アンサンブルダイナミクス

大資源（計算機・人間の能力）には限りがある「どのようにしてモデル化するか?」

タンパク質の電子構造モデル化の功罪
功：計算量の減少
系の単純化
罪：情報の欠損
資源の分配をどうするか
なにを理解したいのか？
賢いモデルの選択は本質の理解に必須タンパク質の電子構造
1) タンパク質は巨大で、ヘテロで、ダイナミックな系
2) タンパク質の機能の発揮は局所部位の電子状態に依存する

QM/MM法の適用Electrosta+c
eﬀect
QM
Stericeﬀect

MMPhotoactive Yellow Protein

II. QM/MMの理論

QM/MM法・多階層連結計算法の一つ
・電子構造が重要な部分（化学反応）は量子力学(QM)を
それ以外は分子力場(MM)を用いる
・1976年にWarshelとLevittが提案
・2013年ノーベル賞（Warshel, Levitt, Karplus)

h0p://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2013/popular-chemistryprize2013.pdf

QM/MM法
・全系(System)をQM領域(Inner)とMM領域(Outer)に分割
・QMとMMの境界に共有結合が含まれる場合は特別な取り扱いが必要

Inner
(QM)
Outer
(MM)

SystemSystem = Inner + Outer + (Link)
共有結合

QM/MM法に使う計算手法
・基本的に制限はない
QM: 密度汎関数法(DFT)
Hartree-Fock法(HF)
post-HF法(MP2, CASSCFなど）
半経験的分子軌道法（AM1, PM6法など）
MM: AMBER
CHARMM
GROMOS
OPLS-AA

QM/MM法の種類
全系のエネルギーの表現法に関して大きく二種類ある減法表現（ONIOM法）
sub
EQM/MM(System ) =EMM (System ) + EQM ( Inner+Link ) − EMM ( Inner+Link )

+

=

‒

QM-MM
相互作用

加法表現（QM/MM法）
add
EQM/MM(System ) =EMM (Outer ) + EQM ( Inner+Link ) + EQM/MM ( Inner,Outer )

=

+

+

QM-MM
相互作用

タンパク場の効果
mechanical embedding
QMの電子密度はMMと相互作用しない
Steric eﬀectのみ考慮

electrostatic embedding
QMのハミルトニアンにMMとの静電相互作用をとりこむ
Electrostatic eﬀectとSteric eﬀectを考慮
MMの電荷がQM領域に近いときには過分極を起こす→・電荷スケーリング法
QM境界付近のMM電荷の大きさを調整
・電荷シフト法
QM境界付近のMM電荷をより外の原子にシフトする
・ガウス型電荷分布

QM/MM境界問題
QM/MM境界に化学結合が存在する場合
QM空間の切断->不対電子対の発生->QM（分子軌道）の歪み
正しいエネルギー及び力が得られない

1. どのように切るか？
2. どこを切るか？

QM/MM境界問題
1. どのように切るか？
(1)Link atom method
QM領域とMM領域の境界にある
化学結合の末端を水素原子などで置き換える

Hydrogen Atom etc…
MM
不対電子対

(2)局在化軌道法
QM領域とMM領域の境界にある
化学結合を局在化軌道(SLBOs)を用いて表現する。
Lin and Truhlar, Theor. Chem. Acc. 117, 185–199 (2007)

QM

QM/MM境界問題
2. どこを切るか？
(1) 経験的、化学的洞察
活性中心から遠方の領域を選択
sp3炭素で切る(2) 線形応答関数解析
QM/MMモデル化に起因する
QM領域の電子構造の誤差の最小化δρ (r)δρ (r) = ∫δ v(r!)dr!
δ v(r!)

線形応答関数解析
従来：QM/MMモデルによる誤差 δ v(r!) の最小化
QM/MMモデル由来のQM領域の誤差δρ (r)の最小化[ガイドライン](i) 共有結合では電子トランスファーが大きい平衡核間距離ではなく、結合不安定が起こる(結合が切れかけた)状態で最大となる。
(ii) トランスファーブロックがない状況ではサイト数が多くなる
につれフリーデル振動型の振動・減衰となる。
(iii) アラニンジペプチド, グルタチオン, アラニントリペプチド系
ではsp3接合点が伝播をブロックする。水素結合経由の伝播は約0.001(ex. 0.1 Hartreeの δ v(r!) に対し0.0001の誤差伝播)。
αヘリックス系では明白に誤差伝播が構造化される(右図)。

従来のsp3接合点での切断が有効
QM/MM境界問題の定量化が可能に！

δρiatom δ v jatom =1
δρiatom δ v jatom = −1δρiatom δ v jatom = 0.0
RGB=(1-LRF, LRF, 0.5)/max LRF

Ueda et al. Int. J. Quantum Chem. 113, 336–341 (2013).

QM/MM法による構造最適化
計算コスト
QM > QM/MM >> MMmicroiterative scheme
QM部分とMM部分の構造最適化に異なるアルゴリズムや座標系を使うQM: macroiteration（内部座標＋擬ニュートンアルゴリズム）
MM: microiteration（カーテシアン座標＋共役勾配法）

構造最適化の手続き(1)断熱アプローチ
QMのmacroステップではMM環境は完全に
構造最適化される(2)交互スキーム
QMとMMの構造最適化は交互に行われる

III. 金属タンパク質中の補欠分子

生物と金属バランスを保つことで生物の生命維持に必須のはたらきをする

多量
Na
K
Mg
Ca

微量
Fe
Zn
Cu
Mn
V

超微量
Ni
Cr
Co
Mo
W

呼吸・光合成・窒素固定
どのように金属と生体分子が相互作用（制御）しているか？

金属をもつ生体分子の特徴（環境にやさしい触媒）
例：窒素（反応しにくい安定な気体）からアンモニアを生成

N2 + 3H2 → 2NH3・ハーバーボッシュ法

Fe3O4

N2 + 3H2

高温・高圧

2NH3

(500 ℃, 300気圧)・ニトロゲナーゼ（鉄：Fe, モリブデン：Mo)

N2 + 3H2

ニトロゲナーゼ

常温・常圧

2NH3

金属タンパク質の機能発現機構？

金属補欠分子タンパク質の生物活性において重要な、タンパク質に結合する非タンパク質

活性中心として機能を発現する

ヘム (Fe)スペシャルペア (Mg)

酸素発生複合体(Mn)[4Fe-4S]クラスター (Fe)Inside-out アプローチ
1. 金属補欠分子固有の電子構造を調べる
2. タンパク質中での電子構造を調べる
3. 1と2を比較する
static eﬀects (構造歪み、静電相互作用)
dynamic eﬀects (ゆらぎ)（例）シトクロムc酸化酵素のヘム a in CcO
タンパク質なし
タンパク質ありTakano and Nakamura,
J. Comput. Chem. (2010)

タンパク質は電荷移動を強める
PropAの電荷変化がプロトン移動のトリガー

遷移金属と生体分子の相互作用
酸化数の変化
電荷

強相関電子系
スピン

軌道

スピン状態の変化

stepwiseな電子移動

軌道・電荷・スピンが協同的に影響しあう
理論的取り扱いが非常に困難

強相関電子系
金属イオンの電子間にはたらく強いクーロン反発相互作用
さまざまな電子配置・電子相関を考慮にいれないといけない（例）酸素発生複合体 (Mn4CaO5クラスター)

可能な電子配置数
Mnの3d軌道
Oの2p軌道約100京通り！

ab initio DMRG法で可能になった
Kurashige, Y.; Chan, G. K.-L.; Yanai, T. Nature Chem. 2013, 447, 660–666.

Density Functional Theory (DFT)E = ET + ENE+ ENN + EEEApproximation

In DFTEDFT = ETs + ENE+ ENN + EJ + EXC
厳密な交換相関汎関数はわからない
ETs : kinetic energy of non-interacting system
EXC : exchange-correlation energy

Exchange-Correlation Energy
The exchange-correlation energy has the form:
Correction of electron-electron interaction

EXC = (ET – ETs) + (EEE – EJ)
Correction of kinetic energy

DFTの精度は交換相関汎関数項に依存する

DFTの利点
Excellent performance-to-cost ratio !
performance
DFT
HF
MP2
CC
cost
DFT
HF
MP2
CC

ex. Mean absolute error of heat of formation
for the G2 dataset (kcal/mol)
3.0 (B3LYP), 7.1(BLYP), 90.8 (SVWN)
149.2
23.8
11.5
ex. Benzene (C6H6) single point
O(N3)~O(N4)1 min 38 sec (SVWN), 2 min 20 sec (BLYP)O(N4)1 min 48 sec
O(N5)2 min 36 sec
O(N7)2 hours 29 min 20 sec
Xu, X. and Goddard III, W. A. , Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 2673-2677.
Jensen, F. Introduction to Computational Chemistry, 2nd ed. Wiley (2007)

DFTの欠点
Obscure systematic improvability
There is not clear path to the exact solution of the Schrödinger eq.,since DFT show very good accuracy for a wide range of applications
due to the error cancellation.

DFTの交換相関汎関数のチェックが必要！
（特に遷移金属系）

III-1. 暗所作動型プロトクロロフィリド
還元酵素 (DPOR)中の[4Fe-4S]クラスター

Takano, Y.; Yonezawa, Y.; Fujita, Y.; Kurisu, G.; Nakamura, H. Chem. Phys. Lett. 2011, 503,
296–300.

DPOR
クロロフィルの生合成にかかわる酵素

N

Stereo-speciﬁc reduc4on of
C17=C18 double bond

N

N
Mg

Mg
N

COOH

N

N

N

COOCH3O

protochlorophyllide

COOH

Dark-opera+ve protochlorophyllide
oxidoreductase (DPOR)N

COOCH3O

chlorophyllide aElectron transfer[4Fe–4S] cluster reduced[4Fe–4S] cluster oxidized

Muraki, N.; Nomata, J.; Ebata, K.; Mizoguchi, T.; Shiba, T; Tamiaki, T.; Kurisu, G.; Fujita, Y. Nature 2010, 465, 110-114

DPORの変わった[4Fe-4S]クラスター
NB cluster

One of the iron ions is chelated by the carboxylate group of Asp36,
unlike conventional [4Fe‒4S] clusters.
Muraki, N.; Nomata, J.; Ebata, K.; Mizoguchi, T.; Shiba, T; Tamiaki, T.; Kurisu, G.; Fujita, Y. Nature 2010, 465, 110-114

酵素活性
NB cluster (WT)D36C (Conven4onal)

D36C: almost no ac4vity
How is the Asp liga4on involved in
the enzyme ac4vity?
Muraki, N.; Nomata, J.; Ebata, K.; Mizoguchi, T.; Shiba, T; Tamiaki, T.; Kurisu, G.; Fujita, Y. Nature 2010, 465, 110-114

酵素活性
NB cluster (WT)D36A (fourth ligand ?)D36A: small ac4vity (13 %)What is the fourth ligand?
Muraki, N.; Nomata, J.; Ebata, K.; Mizoguchi, T.; Shiba, T; Tamiaki, T.; Kurisu, G.; Fujita, Y. Nature 2010, 465, 110-114

問題
Q1: How does the Asp liga4on aﬀect theelectronic structure of the [4Fe-4S] cluster?
Q2: What is the fourth ligand of the [4Fe-4S]
cluster in the D36A mutant?
Q3: How does DPOR aﬀect the electronic
structure of the NB cluster?

Quantum chemical calcula4ons
QM/MM calcula4on
Takano, Y.; Yonezawa, Y.; Fujita, Y.; Kurisu, G.; Nakamura, H. Chem. Phys. Lett. 2011, 503, 296–300.

ModelNB cluster

D36C

D36A_OH

D36A_Cl

Electronic states: [Fe4S4(SCH3)3R]1– (FeIII3FeII1)[Fe4S4(SCH3)3R]2– (FeIII2FeII2)[Fe4S4(SCH3)3R]3– (FeIII1FeII3)(R = CH3COO–, SCH3–, OH–, and Cl–)

交換相関汎関数の選択
Niu, S.; Nichols, J. A.; Ichiye, T. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 1361-1368
Computa+on of the ver+cal and adiaba+c detachment energies for [Fe(SCH3)4]2-/1-/0
and [Fe(SCH3)3]1-/0"B3LYP gives the best balance of accuracy in energy and geometry and iscomparable to coupled cluster methods.""AddiCon of diﬀuse funcCons to only the sulfur signiﬁcantly improves theenergies."
Szilagyi, R. K.; Winslow, M. A. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1385-1397
Computa+on of the atomic spin densi+es for [Fe4S4(SEt)4]2- and [Fe2S2(SEt)4]2"The most reasonable agreement for atomic spin densiCes is obtained by ahybrid funcConal 5 % HF exchange and 95% P86.""The basis set seems to saturate only at the triple-zeta level with polarizaConand diﬀuse funcCons."

Methods
計算方法
UB3LYP
基底関数
エネルギー計算
Fe: wachters + f
C, N, O, H: 6-311++G(df,pd)
構造最適化、振動解析
Fe, C, N, O, H: 6-31G(d,p)
電子状態
total charge-1: [FeIII3FeII1]-2: [FeIII2FeII2]-3: [FeIII1FeII3]

タンパク質環境
Polarizable continuum model (ε = 4.0, 10.0, (protein) and 37.0 (DMF))

可能な電子配置[Fe4S4(SCH3)3R]1– : 5C1

x

4C1

x

4C2/2

= 15 combina4ons[Fe4S4(SCH3)3R]2– : (5C1)2 x

4C2

x

4C2/2

= 450 combina4ons[Fe4S4(SCH3)3R]3– : (5C1)3 x

4C3

x

4C2/2

= 1500 combina4ons
Which the Fe sites haveup spin?

Which d orbital isdoubly occupied?
Which the Fe sites are FeII ions?

FeIII ion (d5) FeII ion (d6)

交換相関汎関数の選択
u実験値（イオン化ポテンシャルと酸化還元電位）との比較
Ioniza+on Poten+al, IP
IP(1–/2–)calc = 0.29 eV
IP(1–/2–)exp = 0.29 ± 0.10 eV (a[Fe4S4(SC2H5)4])
Redox Poten+al E0
E0(1–/2–)calc = –0.068 eV (DMF (PCM, ε = 37.0))
E0(1–/2–)exp = 0.1 eV (b[Fe4S4(S(t-Bu))4] in DMF)
E0(2–/3–)calc = –0.79 eV (DMF (PCM, ε = 37.0))
E0(2–/3–)exp = –1.05 eV (c[Fe4S4(SCH3)4] in DMF)

D36C model [Fe4S4(SCH3)4]
The computa4onal procedure reproduces the experimental redox poten4als.
aWang, X.-B.; Niu, S.; Yang, X.; Ibrahim, S. K.; Pickett, C. J.; Ichiye, T.; Wang, L.-S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14072-14081
bMascharak, P. K.; Hagen, K. S.; Spence, J. T.; Holm, R. H. Inorg. Chim. Acta 1983, 80, 157-170
cDePamphilis, B. V.; Averill, B. A.; Herskovits, T.; Que, L., Jr.; Holm, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 4159-4167

Redox potential
0.2[Fe4S4(SCH3)3R] (1– / 2–)-0.5[Fe4S4(SCH3)3R] (2– / 3–)

0-0.2

Redox Potential / eVRedox Potential / eV

-1

-1.5

-0.4
-0.6
-0.8

NB cluster (R = CH3COO)
D36C (R = SCH3)-1-2
NB cluster (R = CH3COO)
D36C (R = SCH3)-2.5

D36A_OH (R = OH)

D36A_OH (R = OH)

D36A_Cl (R = Cl)

D36A_Cl (R = Cl)-1.2

Protein(ε = 4.0)

weakProtein(ε = 10.0)hydrophilicity

DMF(ε = 37.0)

strong-3

Protein(ε = 4.0)

weakProtein(ε = 10.0)hydrophilicity

DMF(ε = 37.0)

strongElectron-donating character
state

ε

electron-dona+ng character

ε = 4.0
1–/2–

ε = 10.0

D36A_OH > D36C > D36A_Cl > NB cluster

ε = 37.0
2–/3–

ε = 4.0

D36A_OH > D36A_Cl > D36C > NB cluster

ε = 10.0

D36A_OH > D36A_Cl > NB cluster > D36C

ε = 37.0

D36A_OH > NB cluster > D36A_Cl > D36C

In the 2–/3– reduc+on reac+on, in a hydrophilic environment
NB cluster

a be0er electron-donor

Comparison to other[4Fe-4S] proteins
HiPIP (1–/2–)

Ferredoxin (2–/3–)

DPOR (?)

2 H-bonds and 0 water 7 H-bonds and 1 water 8 H-bonds and 2 water

In DPOR, the [4Fe-4S] cluster would be exposed in a high dielectric
environment and reduced from the 2– to 3– oxida4on states.

Electron-donating character in
DPOR
state

ε

electron-dona+ng character

ε = 4.0
1–/2–

ε = 10.0

D36A_OH > D36C > D36A_Cl > NB cluster

ε = 37.0
2–/3–

ε = 4.0

D36A_OH > D36A_Cl > D36C > NB cluster

ε = 10.0

D36A_OH > D36A_Cl > NB cluster > D36C

ε = 37.0

D36A_OH > NB cluster > D36A_Cl > D36C

In DPORNB cluster
a be0er electron-donor
Cl– ionthe fourth terminal ligand of the D36A mutant

Eﬀects of protein environment
structural distor4on

op4mized
structureelectrosta4c interac4on

X-ray structure

point charge model

Eﬀects of protein environment
Redox poten+al (ε = 10.0)
structural distor4on–1.45 Vweakelectrosta4c interac4on–1.65 V
electron-dona4ng character–1.89 VstrongDPOR enhances the electron-dona4ng character of the NB cluster

まとめ
Q1: How does the Asp liga+on aﬀect the electronic structure of the[4Fe-4S] cluster?
A1: The Asp liga4on to the [4Fe-4S] cluster provides a beier
electron-dona4ng character.
Reduc+on of the protochlorophyllide in DPOR
Q2: What is the fourth ligand of the [4Fe-4S] cluster in the D36A mutant?
A2: Redox poten+al and enzyme ac+vity
A Cl– ion is more likely to be the fourth terminal ligand to
the [4Fe–4S] core of the D36A mutant than an OH– ion.
Q3: How does DPOR aﬀect the electronic structure of the NB cluster?
A3: The structural distor+on and electrosta+c interac+ons of DPOR
enhance the electron-dona4ng character of the NB cluster.

III-2. 光合成反応中心スペシャルペア

Yamasaki, H.; Nakamura, H.; Takano, Y. Chem. Phys. Lett. 2007, 447, 324–329
Yamasaki, H.; Takano, Y.; Nakamura, H. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 13923–13933

光合成
植物などの光合成色素をもつ生物がおこなう、
光エネルギーを化学エネルギーに変換する生化学反応

二酸化
炭素 + 水
(H2O)
(CO2)

hν

酸素
糖
(O2) + (C6H12O) +光合成電子伝達反応（明反応）+

炭素固定反応（暗反応）

ATP

光合成電子伝達反応（明反応）

数々のタンパク質複合体により構成されている
Essen+al細胞生物学

光化学系

反応中心: 光エネルギーを電子エネルギーに変換
Essen+al細胞生物学

光合成反応中心
光エネルギーを電子エネルギーに変換(量子収率 > 0.8)hνSpecial pair (SP)
e–

BchlM

BchlL

PheoM

PheoL
QM

Fe

chromophores

QL

光合成反応中心
光エネルギーを電子エネルギーに変換hνHis(L173)

Special pair (SP)
BchlM

SPL

BchlL

PheoM

PheoL
QM

M-branchFe

QL

L-branch

SPM

His(M202)

色素が疑似二回対称性を持つにもかかわらず
電子移動経路は一方向スペシャルペアカチオンラジカルのスピン密度
wild type
Leu(M160)His
Leu(M160)His + Phe(M197)His

スペシャルペア

SPM

SPL

Arg(L135)Glu
Arg(L135)Leu
Leu(M160)His + His(L168)PheLeu(M160)His + Leu(L131)His

SPL

Phe(M197)His
Arg(M164)Leu

SPM

Arg(M164)Glu
Leu(L131)His
His(L168)Phe
His(L168)Phe + Phe(M197)HisLeu(L131)His + Phe(M197)HisLeu(L131)His + His(L168)Phe
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%スペシャルペアカチオンラジカルのスピン密度は非対称
Lubitz et al., Acc. Chem. Res. 2002, 35, 313

目的スペシャルカチオンラジカルのスピン密度の非対称性の原因は何か？
光合成反応中心の非対称な電子移動タンパク場の効果
QM/MM

l スピン密度の偏りが再現された
l スペシャルペア単体でもスピン密度に偏りが生じている
l タンパク質の静電相互作用がスピン密度の非対称性が強める
Yamasaki, H.; Nakamura, H.; Takano, Y. Chem. Phys. Lett. 2007, 447, 324–329[QM]方法:UB3LYP 基底関数6-31G(d)(0.25) [MM] AMBER96

側鎖の影響Acetyl group

Nonpolar groups

13keto carbonyl
group
Methyl ester(Mes) group
Phytyl-I (Phyt) group
Phytyl-II (Phyt) group

Mes基とPhyt基の配向の違いによりスペシャルペアの電子構造の非対称性が生じた

側鎖の影響
Yellow: positive Δρ
Blue: negative Δρ

InvertedMes基とPhyt基の配向が異なる

Phyt

Mes
S244(L)

Cys247(L)Gly280(M)Gly283(M)配向の違いは保存されている

1aig

Rhodobacter
sphaeroides

2i5n

1eys

Rhodopseudomonas
viridisPurple bacteria

2axt

Themochromatium tepidum

Thermosynechococcus elongatus
Cyanobacteria

タンパク質環境が配向の違いを与える
Side view

Gly280Ile284

Met248

Ser244

Ser206

Rb. sphaeroides (red)Phe180 Rh. viridis (blue)
T. tepidum (green)
T. elongatus (yellow)

Ala176

Leu209Thr277
Leu156Top view

Leu131

Tyr210

Phe181M-sideL-side４つの結晶構造の重ね合わせでは、
Mes基とPhyt基のまわりはよく重なっている

配向の違いを与えるアミノ酸残基は保存されている
Leu/Val

Phe/Val Phe/Phe

Ala/Gly

Ile/IleSer/Thr配向の違いを与えるアミノ酸残基は保存されている
Leu or Phe/Val

Leu/Val Tyr/Leu

Ser/Gly?/Leu Ile/Ile

Gly or Ala/Leu

Mes基とPhyt基の配向を決めるアミノ酸残基はよく保存されている

NMRによる検証

Gupta, K. B. S. S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10382–10387

まとめ
1. Mes基とPhyt基の配向の違いがスペシャルペアの電子構造の非対称性を引き起こした
2. タンパク質の静電相互作用がスピン密度の非対称性を強めた
3. Mes基とPhyt基の配向を決める配列は保存されていた

IV. Photoactive Yellow Proteinに現れる
H/D同位体効果の理論的解析

dH =

1
,
2nH "ν

(4)

126.1
127.4
128.5
129.9
130.8
132.1
133.2
134.8
136.2
138.0
139.0
142.2
145.4

1.6
0.7
0.9
0.8
0.8
0.7
0.8
1.1
0.5
2.1
0.8
0.6
1.8

0.6
3.4
1.3
1.9
2.4
0.7
3.2
0.3
4.9
0.1
2.4
4.6
3.8

H/D同位体効果（同位体シフト）

where nH is the refractive index of the ice at deposition temperature,and "ν is the wavenumber difference between two adjacent maxima
or minima of the fringes observed in the infrared spectrum of theice.
No IR band strength values were found in the literature for the
D2 O and CD3 OD species. These values were therefore calculatedusing equations 4, 3, and 1. Refractive indices of solid H2 O, CH3 OH,
and N2 were used as an approximation (1.30, 1.39, and 1.21, respectively, see Hudgins et al. 1993; Mason et al. 2006; Satorre et al.
2008). Error values for the column density in Table 1 have been
estimated taking into account the error in the calculation of thecolumn density and the column density decrease by UV irradiation
during the VUV spectral acquisition.
The main emission peaks of the MDHL fall at 121.6 nm (Lymanα), 157.8 nm, and 160.8 nm (molecular H2 bands). These peaks arethus also present in the secondary VUV photon spectrum generated
by cosmic rays in dense interstellar clouds and circumstellar regions
where molecular hydrogen is abundant (Gredel, Lepp & Dalgarno1989). For this reason, the VUV absorption cross-section values
measured at these wavelengths are provided for each molecule in
the following sections.
The VUV absorption cross-section spectra of D2 O, CD3 OD,
13
CO2 , and 15 N2 ices were fitted using the sum of two or more
Gaussian profiles using an in-house IDL code. These fits correspondto the lowest χ 2 values. Table 2 summarizes the Gaussian profile
parameters used to fit the spectra of the different ice compositions
deposited at 8 K.

重水素置換によって分子の構造や分光スペクトルに生じる微小変化

Geometry

Absorption spectrum

R

R(OH) = 0.990

R(OD) = 0.985

3.1 Solid deuterium oxide

Figure 1. VUV absorption cross-section as a function of photon wavelength(bottom X-axis) and photon energy (top X-axis) of D2 O ice deposited at 8 K,
black trace. Blue trace is the VUV absorption cross-section spectrum ofsolid phase H2 O, adapted from Paper I. Red and violet traces are the VUVabsorption cross-section spectra of gas phase D2 O and H2 O, respectively,
adapted from Cheng et al. (2004) and Chung et al. (2001).

原子核の量子揺らぎの違いを反映
電子状態の量子化学計算だけでは解析不能

The VUV absorption cross-section spectrum of D2 O ice (black
J. Phys. Condens. Matter 24, 284126 (2012), MNRAS 439, 2370–2376 (2014)
trace) and H2 O ice (blue trace) are displayed in Fig. 1. Cheng et al.
gas phase, this accounting for a shift of ∼1 nm. The same transition(2004) and Chung et al. (2001) report the VUV absorption crosswas observed for both solid D O and H O, with bands centred at
sections of D O and H O in the gas phase, depicted in Fig. 1 as red

m http://mnras.oxfordjournals.org/ at National Central University on April 14, 2014H

estimated following the classical interfringe relation

H/D同位体効果の理論解析手法：
Multi-Component Quantum Mechanics (MC̲QM)▼理論概説① 拡張されたHamiltonianĤ MC =Ĥ e +T̂p +V̂e–p
電子のHamiltonian

FC = SCε核‒電子相互作用

水素原子核の運動エネルギー③ 拡張されたLCAO-SCF方程式

電子のFock演算子:

f 0e = h e + ∑ 2J ej +V XC(e-e) −∑ J k

p

k

j

② 拡張された波動関数eΨ = Ψ ⊗ ∏ϕ

f 0p = h p + ∑ J lp − ∑ J ej

p
i

l ≠k

i

電子の波動関数(Slater行列式)

水素のFock演算子:

j

水素の
波動関数

✓ 電子と水素原子核の量子状態を同時に決定

H/D同位体効果の理論解析手法：
Multi-Component Quantum Mechanics (MC̲QM)▼特色
電子状態計算は同位体置換による構造変化を与えない

振動解析はPESの構築が必要 (高コスト)

H
D

平衡構造
MC̲QMはPESの構築無しでH/Dの分子構造の違いを区別可能
振動平均構造✓ MC̲QMは効率的に構造と分光スペクトルに現れる
H/D同位体効果を解析可能

ARTICLESTRY DOI: 10.1038/NCHEM.1565- reenB---- blue

Photoactive Yellow Protein (PYP)
VOL. 175, 1993

Onebondflip

100~;7550-4=

PHOTOACTIVEPROTEIN: A REPELLENT PHOTORECEPTOR
3099
好塩光合成細菌
H.YELLOW
halophilaの負の走光性を制御
25-

0-

300

H

/

500

700

900

H

microscope on thefree-swimming bacte
the cells that switc
within 0.4 s after theapproximately the
Whether this rapid
prestimulus level ref
it is the result of a rsimultaneously imme
switch (as has been
be determined fromthat almost 100% ostimulus by reversin
after the stimulus
obtained when obse
scope in this type oflight increases theinduced H
reversal usuallycaused the bacteria to reenter the
C
area.
The
difference
in measured light intensity in theorange緑色光+青色光orange and white areas was rather small: 80 versus 107
s1. Approximately 9.5 nmol of this difference
PMmo. m-2
H
H
H
consisted of light transmitted by a yellow filter
m-2 s1BPwhich could not induce reversals, as could be concluded
from direct microscopic observation. Thus, a strong repelseveral seconds.
lent photoresponse
NATURE CHEMISTRY DOI: 10.1038/NCHEM.1565
Figure 4 shows th
H was observed in this batch of bacteria intoaincrease
of
less
than
response
step
20
pLmol
of
blue
light
after
2 min of exp
H
HH
HintensityHmM2. s -1
number of reversalsabTime-based video analysis of a population of bacteria uponagainst time. There
H green-white or white-green transition. The effecta temporalbility of reversals afof the removal of a green filter from the light beam of thegreen light. This con
microscope on the reversal frequency of a population ofHTfrom a relatively "free-swimming bacteria is shown in Fig. 3. The fraction ofswimming in smoot- reen---- blue
the cells
that switched
0.2-s period increased
bacteria swimming
1. Accumulation
FIG.perof sharply
E. halophila caused by lightpatterns
BP
HTB
within 0.4 s after thespots
in light spectral
step-upintensityand fell backLightto spots of differentof different
vealed that these celcompositions.
正の走光性+負の走光性100
H
H
were projected
an anaerobic
approximately thecolors
prestimulus
value intoof 0.06
within 1bacterials.
suspension, andleast 10 s after the feffect ofon the distributionof cells wastostudied
Whether this rapidthereturn
reversal frequency~;75the microscopically. A
Wavelength depenof bacteria
was obtained when a spot
positiveanaccumulation
prestimulus level reflects
adaptationalpatternprocessor whethershows
the results of
50of
infraredtransmission
green plusperiodcdlightall(forbacteria
spectra of the filters
it
is
the
resultofarefractory
which
enter
to
the wainvestigatehν
4=pG
発色団の光異性化
was used (A). The observed pattern was caused/
used, see panel
25- N-terminalB)a flash-induced
Glu46
Tyr42
helix
simultaneously
immediately
after
directional
reversalsanincbyalone.
A
different
wasobtained
when
positive phototaxis
patternms–s0switch (as has beenby
observedwith H.
halobium[16])
cannotrecordedinsaturati
a
blue
was
used
In
this
the
bacteria（パラクマル酸:
pCA）
(see
case,
panel
B)
spot
(C).
pG*
300
500
700
900
psbe determinedfromshowedthese data.
It should
beand
noted,
however,
were given a step-up
bothe anattractant
a repellentcresponse. Magnification,
d
fs–ps
(–)
(–)
that almost 100% xof125.
themotilebacteria
responded
to
the
C4´
capillary, using na
C
fs–ps
(–)
GSl by reversingOO
stimulus
within0.4
s.
A
single
time
point
at
5
select wavelengthssC4´
Arg52 C3´ C5´ Phe96
O
after the (–)
stimulus (value, 0.22) confirms
プロトン移動共役
the impression
number of reversals
O
Tyr42 Glu46
pB (l2)l0
obtained when
the step-up was det
the cells directly under the microC2´
observingC6´
PYPのcalculation
C1´
intoシグナル伝達?
an aDFT
area
in
in
of
valueswhich,
that
addition,scope in this type ofexperiment,i.e.,
step-up
in
blue
light
(>560
nm)
light
poststimulus
for IT
Hwavelengths
C3
BP
HTincreases theshorter
wasthefraction
of
cells
that
dard
of
error
the
mea
of
present,
light
probability
switching
for
at
least
光サイクル
ps
C2
O
several seconds. reversed within 1 s significantly increased compared with
it appears that only
H
O the
C1
cellseffectthat remainedin the orange
area.filter
H
On the other hand, theand 520 nm are withHof reintroducing
the green
Figure 4 shows
pCA
‡
O1
Sγ
H
S
µs
fraction of
1 s was much lower for cells
withinother values are ou
after 2 min ofl0 exposure
to cells
whitereversing
light. The
cumulativethat
S observed
had justper
enteredarea than for those thatorangedently, light aboveof reversals
O
S number
0.25-stheis plotted
period
O
pR
H
N Cβ
S
ns Thereremained
in
the
white
These
observations
indicate
Cys69
thatof direc
Cys69
Cys69
part.
probability
time.
was
a
decreaseinagainstsignificant
theproba(l1)theobservedof bacteria
fromto areas with a higher
movement
effect is observed wi
Cys69
ofreversals
afteratransition
frombilitytemporal
white
Cys69
Cys69
blue lightto areasof
witha lower intensity of blue
These data have b
intensityourofdirect
green light. This confirms
observationa change
was caused
an inductionof directionalswitches afterfor differences in phby work.
from amechanisms
to Theone withhanisms and overview of the PYP. a, Schematic description of the three isomerization
discussedin thisrelatively light"tumbly"
population
cells
J.
Bacteriol.
3096 (1993)
a a,step-up
ofThe
blue
after a175
this figure, the relat
Figure 5 | HT and BP pathways and a comparison of experimental and theoretical
IT structures.
Front and
side
views
the pCA
structurallightof andsuppression
step-down.
in smoothcircles.
observationofindividualswimmings ↔ cis isomerization around one double bond. The BP process involves the simultaneousrotationoftwo
adjacent
double
bonds
it
could
be
when
individual
cells
Indeed,seen,
observing
resulting from a ste
transformationaccording to patterns
the BP pathway(pG # IT caused# ICT). byb, Thesame bacteria
as in (a), butaccordingintoyellow
the HT pathway
(pG #
#pR
).
Moviesof
both
FIG. 1. Accumulationa Iblueof E. halophilaswimming
light, after
flash,
relight
T
1
that
when
entered
the
white
area
the
The
ves the simultaneousrotationofadjacent
doubleandsinglebonds.
The
bond
rotations
are
shown
with
blue
arrowsandthemicroscopically,
they
absorption spec
different
spots ofare
vealedthat theseof cells
compositions.
Light spots
reversed
for thepathwaysshown spectral
side-by-sidein Supplementary
Movieof
S4.differentc,d, Schematic
representation
the BPgenerally(c) and HT
mechanisms(d).first
The timebond atrotations are
A

ARTICLES
Downloaded from http://jb.asm.org/ on May 8, 2014 by YOKPhotoactive Yellow Protein (PYP)▼ 結晶構造解析① 低障壁水素結合（LBHB）が存在② 近隣のArg52が脱プロトン化
Active site

H

H

N

N H

Arg52
② 脱プロトン化 H N(中性)‒

ROH=1.21Å

PYP

①LBHB

Proc. Natl. Acad. Sci. 106, 440 (2009)

Photoactive Yellow Protein (PYP)▼ 理論解析
① 一般的な水素結合が存在② 近隣のArg52がプロトン化
Active site

Arg52

H

H

N

N H

② プロトン化 H N H+‒

ROH=1.00Å

PYP①not LBHB✓ 実験・理論で異なる描像を提示
Biochemistry, 51, 1171 (2012)

目的
MC̲QM法を用いた解析により、H/D同位体効果という観点からpCAとGlu46の間の水素結合と、
Arg52のプロトン化状態について検討する
Arg52

H

H

N

N H

H

N

?

‒

ROH = ?

計算条件
▼ モデル
溶媒効果

QM領域

ONIOM

52

◯

ONIOM/PCM

X52 = Null
à 脱プロトン化(DP)X52 = H+à プロトン化(P)Low layer
溶媒
Middlelayer

重水素化(量子的取り扱い)

High
layer

▼ 計算詳細・ high layer:
・ middle layer:

・ low layer:

MC̲CAM-B3LYP/6-31+G(d,p)

・ 核基底関数系: 1s GTF
・ NMR計算:

・ 溶媒効果: CPCM

HF/3-21G・layeringAmber力場 (MM領域の構造は固定）

high

GIAO

middle

low

溶媒

-

残りの残基

-

ONIOM

Y42,E46,R52,C69,pCA,(I31, T50)*

ONIOM/PCM

Y42,E46,pCA

I31,T50,R52,C69 残りの残基 PCM* Only for protonated model ** main chains are assigned into middle layer

結晶構造解析との比較▼ 各条件にGlu46のOH基の平衡結合長（Req）と振動平均結合長（<R>D）✓ <R>D > Req

OH結合長[Å]à PESの非調和性を反映
1.2

Req

✓ 特にONIOM-DP（脱プロトン化）のモデルでOH結合長の伸びしろ
が大きい

<R>D
1.1

✓ PCMにより水の溶媒効果を

1
DP

P

ONIOM

P

exptl.

導入するとDPモデルでも大きな結合伸長は起きない

ONIOM/PCM✓ 結晶構造解析に最も近いのは脱プロトン化Arg52のモデル(ONIOM-DP)
Proc. Natl. Acad. Sci. 106, 440 (2009)

溶液NMRとの比較▼ 溶液NMRの３つの実験値に着目
HH

HD
H

H
② Tyr42の同位体シフト① 化学シフトの差

HD③ Glu46の同位体シフト
DHDH

NMR化学シフト、同位体シフト▼ Tyr42, Glu46それぞれの同位体シフト00-1Δ[ppm]

δTyr42 ‒ δGlu46 [ppm]▼ Tyr42とGlu46の
1H NMR 化学シフトの差

-2
-3
-4
-5

-0.1
-0.2
-0.3

-6

Tyr42

-0.4

-7
ONIOM
DP

Glu46

ONIOM/PCM
P

DP

P

exptl.*✓ NMRの結果を最も良く再現したのは、プロトン化＋溶媒効果のモデル（ONIOM/PCM-P）

溶媒環境の違いが水素結合様態に影響か？
✓ Arg52の脱プロトン化のモデルが結晶構造解析の結果を最もよく再現✓ プロトン化のモデル計算がNMRの
それぞれの同位体シフト実験値を最もよく再現
à 両実験条件下ではArg52はプロトン化し、LBHBを形成しない✓ 溶媒効果により液相NMRの再現性向上✓ 溶媒効果は大きな結合伸長を阻害
à LBHB形成時の静電環境は
一般的な水溶媒のものとは異なっていることを示唆

Arg52

溶液
NMR

結晶
構造解析

発現菌の
生育環境

プロトン化

脱プロトン化

?

◯

?

7

9

10.5

40mM

１M

saturating

LBHB形成
pH
塩濃度

LBHB?

強電解質
（誘電率減）

V. 生体高分子生化学的機能解析のための分子計算技術の開発

Inside-out アプローチ
1. 金属補欠分子固有の電子構造を調べる (QM)
2. タンパク質中での電子構造を調べる (QM/MM)
3. 1と2を比較する
static eﬀects (構造歪み、静電相互作用)
dynamic eﬀects (ゆらぎ)

半経験的分子軌道法によるQM部分の高速化+
超並列ab initio QM/MM-MD連成計算プログラム
Platypusの開発

V-1. 半経験的分子軌道法によるQM部分の高速化

Saito, T.; Kitagawa, Y.; Takano, Y. J. Phys. Chem. A 2016, 120, 8750–8760.

QM/MM-MDシミュレーションの計算コスト
time for QM/MM
single point calculation / s

600

UDFT/DZP levelsize of QM region

number of steps in MD rune.g.,) 1ns = 1×106 step

Provided that every QM/MM energy and force
computation takes 10 min.,it adds up to the 1,000,000 QM/MM computations→ one MD run takes 20 years !!

Semiempirical Molecular Orbital (SEMO) modeltime for QM/MM

single point calculation / s

600

UDFT/DZP levelroughly 2 or 3 orders ofmagnitude faster0.1

Semiempirical MO (SE-MO)

size of QM region

number of steps in MD rune.g.,) 1ns = 1×106 step

1ns MD run requires 70 days.
M. J. S. Dewar and W. Thiel, J. Am. Chem. Soc. 99, 2338 (1977).
W. Thiel, WIREs. Comput. Mol. Sci. 4, 145 (2014).

SE-MO法の精度
GMTKN30-CHNOF database(430 reactions mostly involving closed-shell molecules)
L. Goerigk and S. Grimme, J Chem. Theory Comput. 6, 107 (2010).
L. Goerigk and S. Grimme, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 6670 (2011).

MAEs (kcal/mol)*Supporting TM

MNDO

27.3

No

AM1

14.7

No

PM3

11.3

No

PM6

10.2

YES

OM3

6.3

No

＊mean absolute errors, excluding the MB08-165 subset

P. Dral et al., J. Chem. Theory Comput. 12, 1097 (2016).

Given the applicability to a wide range of molecules,
we chose PM6, which supports 70 elements in the periodic
table.
J. J. P. Stewart, J. Mol. Model. 13, 1173 (2007).

What about Opens-shell Systems ?
■methylene (1,3 CH2)
bent
H-C-H = 102.3○ (singlet)= 134.0○ (triplet)

linear with the H-C-H angle of 180○■ cyclobutadiene (1C4H4)

square planar (D4h)non-planar

The spin-unrestricted PM6 (UPM6) computation
does not work for open-shell diradical molecules.

目的
Our primary purpose is to improve the accuracy of PM6 in describing
electronic and geometric structures of organic open-shell
species, for which a slight modification was made.
reparameterized PM6(rPM6)
the original PM6

training set containing (di)radicals using
the UB3LYP/6-31G* model as reference data••••
part of GMTKN30 was also included to maintainthe performance for general-purpose applications
The number of optimizable electronic and core−core parameters adds up to
43 (P) for the basic elements (H, C, N, O).
T. Saito, Y. Kitagawa, Y. Takano, J. Phys. Chem. A, 120, 8750 (2016).

Application to Methylene(included in the training set)
Method1CH

2

C-H H-C-H
UAM1
1.068 140.6
UPM3
1.067 131.3
UPM6
1.018 180.0
UrPM6
1.081 111.9
UB3LYP/6-31G* 1.090 113.5
Expt.
1.107 102.3
a With the AP correction

3CH

C-H
1.062
1.063
1.019
1.039
1.082
1.077

2

H-C-H
151.7
149.9
180.0
152.6
133.1
134.0

S-T gap[kcal/mol]a
34.1
42.7
31.5
11.2
6.0
9.0

It is not surprising that the present UrPM6 shows great improvement
over the original UPM6.
The standard SE-UMO calculations are likely to provide strong diradical
characters that entail the significantly large S-T gaps.

Application to Heptazethrene Derivative

Z. Sun et al. J. Am. Chem. Soc. 133, 11896 (2011).

Method<S2>BS<S2>HSS-T gap/
kcal mol-1

OS – CS gap/
kcal mol-1

UAM1

3.767

4.027

-14.7

-34.0

UPM3

3.399

3.604

-13.6

-30.7

UPM6

2.708

3.190

-11.5

-19.5

UrPM6
UBHandHLYP

1.591
1.273

2.436
2.254

-8.1
-8.7

-6.4
-7.5

UB3LYP

0.355

2.061

-8.0

-0.3

CPU +me /s(serial mode)23> 150 000
> 150 000

UrPM6 displays similar behavior to UBHandHLYP rather than to UB3LYP,
showing a slight exaggeration of diradical character.

V-2. 超並列ab initio QM/MM-MD
連成計算プログラム
Platypus

Takano, Y.; Nakata, K.; Yonezawa, Y.; Nakamura, H. J. Comput. Chem. 2016, 37, 1125–1132.

超並列ab initio QM/MM-MD連成計算プログラム
Platypusの開発(PLATform for dYnamics Protein Uniﬁed Simulation)

E = EQM + EMM + EQM/MM
Platypus-QM

Platypus-MM

HF, DFT, CASSCF, CIS, 並列性能に優れた新規
MP2プログラムの長距離ポテンシャルの開発
高並列化による高速化 (zero-multipole法)+
Chain-of-State法 (疎結合並列計算）

ダウンロード先 (現在はPlatypus-QMのみ配布)
hip://www.islim.org/islim-dl_j.html

現在までの研究開発成果•

RDF, UHF, R-DFT, U-DFT, CIS, CIS(D), CIS-DFT, MP2, CASSCF の実装•

エネルギー・力計算における積分計算のハイブリッド並列化とSIMD化•

2電子積分計算の原子軌道基底から分子軌道基底への変換部分の高度化•

CASSCF計算におけるdirect CI 計算の高速化（CAS(16,16)まで可能）

QM部分の高速化・超並列化
・

粗結合 (chain-of-state法)を利用した超並列化

超並列化されたQM/MD計算による反応自由エネルギー

「京」での並列性能(QM)
並列化率 99.9888%
総数32,768コア

!"#

RHF/cc-pVDZ

実行効率





並列化率 99.9888%
実行効率 7.27〜2.24％









 



 

$
&

$%

(8192コア：4.26%)
CASCI(16,16)/6-31G**
総数16,384コア
並列化率 99.9728%

 

光合成反応中心スペシャルペア(280原子） !"

実行効率 15.43〜6.80％





(8192コア：7.85%) 

 # 



#
%

$

「京」での並列性能(QM/MM-MD)
実行効率

98,304コアのハイブリッド並列の実行 !"

RHF/cc-pVDZ

Strong scaling
総数2,048コア 





並列化率： 99.7893%
実行効率 10.60〜1.94％







 








#





総数98,304コア
Ace-ALA-NMe+
1,080 水分子

128プロセス x 768レプリカ

 

Weak scaling (Chain of State)

実行効率 3.42〜3.20％
Weak scaling効率：93.36%

 !" 

 #$ 

#$#
%

$

励起状態QM/MDシミュレーション
sirius発色団-643.2Ground state
1st excited state-643.2

Total energy / a.u.

-643.3-643.3-643.4-643.4-643.4-643.5-643.5

0

5

10

15

20

25

Time / pssirius発色団(1,374原子) QM: 発色団
SA-CASSCF(8,8)/MINI-4 MM: 水∆t = 0.25 fs
120,000ステップ

30

4. まとめProtein as ampliﬁer
・光合成反応中心のスペシャルペア
タンパク質なし
タンパク質あり
実験値

タンパク質が電子非対称性を強める・シトクロムc酸化酵素のヘム a in CcO
タンパク質なし
タンパク質ありタンパク質は電荷移動を強める
PropAの電荷変化がプロトン移動のトリガー

タンパク質環境の電気的・立体的摂動によって、補欠分子の固有に持つ性質が強められ、制御されている

溶媒環境の違いが活性中心を制御
プロトン化の
制御

溶媒環境

LBHB?
Arg52

溶液
NMR

結晶
構造解析

発現菌の
生育環境

プロトン化

脱プロトン化

?

◯

?

7

9

10.5

40mM

１M

saturating

LBHB形成pH
塩濃度

強電解質（誘電率減）

タンパク質
溶媒環境

料理人

活性中心
h0p://www.michiba-shunsara.jp/menu/sz044.html

包丁共同研究者
光合成反応中心・中村 春木 （大阪大）
・山崎 秀樹 （大阪大）
PYP・兼松佑典 （広市大）・立川仁典 （横市大）Platypus開発
・中村 春木 （大阪大）
・中田一人 （NEC）
・米澤康滋 （近畿大）
・山中秀介 （大阪大）
rPM6開発・齋藤徹 （広市大）・北河康隆 （大阪大）

外部資金
新学術領域「コンピューティクス」
新学術領域「３Ｄ活性サイト科学」
JST-CREST「ライフサイエンスの革新を目指した
構造生命科学と先端的基盤技術」「次世代生命体統合シミュレーション
ソフトウェアの研究開発」