新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 49平成 29 年 9 月

業績紹介：蛋白質ドメインによる細胞膜の変形
竹村 和浩
北尾 彰朗
表者）

（東大分生研・研究員）（東工大生命理工・A01 計画研究代

安定に結合するため 1 残基変異させても影響は大きくなかったと解釈した。実際に複数の塩橋形成残基を変異させると脂質への結合は大きく減少する。2 つ目に関しては、該当する残基は図 2 に示したように、I-BAR

論文題目："Salt Bridge Formation between the I-BAR

ドメイン内でへリックス間をつなぐ塩橋を形成しておDomain and Lipids Increases Lipid Density and Membrane

り、脂質との結合ではなく、蛋白質の安定性に寄与す

Curvature"

る残基であることを明らかにした。この点に関しては、

著者：Kazuhiro Takemura, Kyoko Hanawa-Suetsugu, Shiro

共同研究者による新たな変異体の追加実験により、計

Suetsugu & Akio Kitao

算結果を支持する結果が得られている。

雑誌巻号：Sci. Rep. 7, 6808 (2017).
本論文は、奈良先端科学技術大学院大学の末次志郎
教 授 ら と の 共 同 研 究 で 、 Bin-Amphiphysin-Rvs167(BAR) ド メ イ ン ス ー パ ー フ ァ ミ リ ー の 一 つ で あ る
Inverse-BAR (I-BAR)ドメインを対象としている。BAR
ドメインスーパーファミリーは、膜を変形させることが知られており、細胞膜の形態形成に関わっている。
細胞膜を内側から陥入構造を作る BAR ドメインとは異なり、I-BAR ドメインは内側から突起構造を作り、糸状仮足や葉状仮足の形成に関わっている。本論文では、I-BAR ドメインの脂質膜への結合や脂質膜の変形
を分子動力学（MD）計算および変異実験による糸状仮足形成への影響を調べることにより解析を行った。
MD 計算により、I-BAR ドメイン二量体の脂質膜へ

図 1 (A) I-BAR ドメイン二量体と脂質膜の MD 計算の結合および膜の変形を観測した（図 1）。安定に結合における初期構造および(B) 結合時の構造した際に、I-BAR ドメインは脂質との間に約 30 個の塩橋（図 1B 赤）を形成していた。塩橋を形成している場所周辺では、脂質の密度が高く、また局所的な曲率が大きくなっていることを明らかにし、塩橋形成が
I-BAR ドメインの安定な結合および脂質膜の曲率の上昇に寄与していることを示唆した。
I-BAR ドメインは、正電荷残基を変異させると脂質への結合が弱くなることや負電荷を持つ脂質によく結

図 2 I-BAR ドメインの分子内塩橋合することが知られており、上述した塩橋形成は、実験結果を支持している。しかしながら、脂質と変異体

I-BAR ドメインは、結晶構造から予測されるよりもの結合を調べた実験と MD 計算結果を比較した際に以大きな曲率を発生させる点が謎であった。本研究によ下の点が謎であった。MD 計算上は脂質と塩橋を形成

り、溶液中および脂質膜結合に膜結合面がより直線的するにもかかわらず、変異させた場合でも脂質への結な構造をとっており、また非常に柔らかい特徴がある

合があまり変わらない残基、また、MD 計算上は脂質ことが明らかとなった。柔軟性に加え、上述した分子と塩橋を形成しないが変異させた際に脂質への結合が内塩橋による安定性および脂質との塩橋を通じて、あ弱くなる残基が存在する。一つ目の点は上述したようる程度大きな曲率を発生させることが可能である興味に I-BAR ドメインは脂質と約 30 個の塩橋を形成して深い蛋白質ドメインである。

406

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No. 49平成 29 年 9 月

業績紹介：過冷却水はなぜドロドロになるのか？：
ストークス・アインシュタイン則の破れとその原因を解明
金 鋼 (阪大院基礎工・A01 公募研究代表者)

柔らかな部分と固い部分が同時に存在し、すなわち不均一な構造をもちながら強固になることがわかりまし

論 文 題 目 ： "Identifying
violation/preservation

of

time

Stokes-Einsteinscalesfor

た。また、過冷却されドロドロになり水分子が動きに

relationin

くくなっている中でも、間欠的にジャンプし水素結合

supercooled water"を切断しながら動き回る様子を観測しました。さらに、

著者：Takeshi Kawasaki and Kang Kim

分子間に強くはたらく水素結合を切断する間欠的なジ

雑誌巻号：Sci. Adv. 3, e1700399 (2017).

ャンプ運動は、様々なガラス性物質で見られる粘性率と拡散係数を結びつけるストークス・アインシュタイ

最も身近な物質である水は他の液体性物質と異なりン則が破綻する原因を解明することに直結しているこ

多くの不可思議な性質を示します。例えば、4℃で密度ともわかりました。

が最大となり温度低下とともに体積が膨張することや、

つまり、ストークス・アインシュタイン則の破れは、氷が水に浮かぶことは代表的な例です。また水は氷点

過冷却状態において粘性率(運動量輸送)と拡散係数(物下（0℃以下）でも凍らずに液体状態として存在するこ質輸送)を特徴付ける時間スケールがデカップルするとができますが、水の多くの異常性がこの過冷却水でことによって生じていることを見出しました。拡散係顕著になることが知られています。さらに、「過冷却水

数は温度によらず水素結合破断といったジャンプ運動を冷やしたらガラス状のアモルファス氷になるのか？」を伴う熱活性的プロセスで決まり、その一方で粘性率

また「高密度水と低密度水と 2 つの異なる液相が相転の発散的増大は過冷却され空間不均一な構造緩和とそ移を起こす第二臨界点は本当に存在するのか？」といれによって生じる剛性の増加によって特徴付けられるう水に関する基礎科学的な問題について長年の論争にことを明らかにしています。

なっています。
凍らずに過冷却された水は、常温の水と結晶化した氷の中間的な性質を示し、流動性が低く粘度が非常に高い状態になります。ところが、過冷却水は多くの場
合不純物を有するため、氷点下では結晶化しやすく実験的研究などで巨視的な性質であるドロドロさの原因が分子レベルで説明されることは今までありませんでした。また、コンピュータシミュレーションによる粘度の定量化には相当な計算コストを要することから、これまで手付かずのままにされていました。

図 1： 左図：過冷却水が注がれ、衝撃を受けて凍る様子（藤野丈志氏(株式会社 興和)からのご提供）。 右図：コンピュータシミュレーションによって計算された過冷却水の構造（赤球：酸素原子，青球：水素原子，黄棒：水素結合）。

本研究では、名古屋大学大学院理学研究科・川﨑猛史助教と共同して、分子動力学法シミュレーションにより、水の 4 サイトモデルである TIP4P/2005 を用いて300 K から 190 K まで過冷却された水における水分子の運動の様子を明らかにしました。そこで、水分子の動きやすさは拡散係数を、流れやすさは粘性率を計算することにより解析しています。また、水では分子同士が水素結合により強く相関していることから、水分子間のランダムな水素結合ネットワークが時間とともにどのように変化するのかについても分子レベルで解図 2： 過冷却水において、水素結合していた 2 つの水分子（紅白色）（左図）が結合を切断しジャンプ運
動した（右図）様子。その他の水分子は水色とした。

析しました。
その結果、過冷却されると水素結合ネットワークが407

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No. 49平成 29 年 9 月

業績紹介： 振動分光スペクトルと第一原理分子動力学シミュレーションによる
TMAO の水和構造と表面活性、生体機能
大戸 達彦（阪大・A01 公募研究代表者）

我々は、TMAO の水溶液に対して第一原理分子動力学シミュレーションを行い、TMAO の酸素に水素結合する水の OH 伸縮振動の red shift と遅い回転ダイナミ

論文題目："Trimethylamine-N-oxide: its hydration

クスを再現した[1]。さらに第一原理分子動力学法によstructure, surface activity, and biological function,

る SFG シミュレーションとヘテロダイン検出 SFG 分

viewed by vibrational spectroscopy and molecular

光法を組み合わせ、水・空気界面における TMAO の配

dynamics simulations"

向を明らかにした[2]。和周波発生分光スペクトルは CH 対称伸縮振動に由来する強い負のピークと C-H 反対

著者：Tatsuhiko Ohto, Johannes Hunger, Ellen H. G. Backus,

称伸縮振動に由来する弱い正のピークからなり、実験

Wataru Mizukami, Mischa Bonn and Yuki Nagataとシミュレーションで周波数のわずかなずれを除いて

雑誌巻号：Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 6909 (2017).

よく一致する。C-H 対称伸縮振動の負のピークは H が
空気向きの配向を取っていることを示す。

トリメチルアミンオキサイド（TMAO）は、親水的以上２本の論文の内容と、タンパク質と TMAO の相な NO 基と疎水的なメチル基を持つ両親媒性分子であ互作用解明のための振動分光計測手法の活用を加え、り、浸透圧調節物質として知られる。また、タンパク本 perspective 記事を執筆する運びとなった。さらに本

質安定剤としても知られているが、その安定化のメカ

論文は NHK スペシャル、シリーズ・ディープオーシ

ニズムは完全に解明されてはいない。タンパク質安定

ャンのディレクターの目に留まり、番組制作に向けた化のメカニズムを解明するためには、TMAO の水和構

取材を受けた。深海魚の生体機能維持に TMAO が重造に加えて、水と疎水的な媒質の間に置かれた TMAO

要な役割を果たすとされる Paul Yancey 教授の学説にの振る舞いを分子レベルで理解することも重要である。

従って CG を制作するにあたり必要な、水・TMAO・タンパク質間の相互作用の様子やサイズ感についての情報を提供した。

図２

NHK スペシャルのエンドロール(8/27 放送)。

引用文献
[1] K.Usui et al., J. Phys. Chem. B 119, 10597 (2015).
[2] T. Ohto et al., J. Phys. Chem. C 120, 17435 (2016).
図１

PCCP 誌の inside cover art として採択された。

[3] T. Ohto et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 6909 (2017).

408

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No. 49平成 29 年 9 月

業績紹介： 部分透過確率を用いた
ヘテロポルフィリンアレーの単分子伝導度解析
大戸 達彦（阪大・A01 公募研究代表者）

電気伝導度の操作の指針を確立するにあたり、これらの伝導度を、分子を構成する部品の透過確率𝑇𝑖 の積、つまり𝐺 = 𝐺0 ∏𝑁
𝑖 𝑇𝑖 として表すことが可能であれば、

論文題目：" Analysis of Single Molecule Conductance of

合成する前から分子の伝導度を予測することが可能とHeterogeneous Porphyrin Arrays by Partial

なる。実際に、分子軌道準位が電極のフェルミ準位かTransmission Probabilities"

ら十分に離れていれば上の式が成り立つことを理論的に導出することに成功した。STM-BJ 法による測定結著 者 ： Takashi Tamaki, Tatsuhiko Ohto, Ryo Yamada,

果を解析した結果、６種類のポルフィリンアレーの伝

Hirokazu Tada and Takuji Ogawa

導度を再現するような部分透過確率をフィッティング

雑誌巻号：Chem. Select. 2, 7484 (2017).

によって求めることができた。測定結果から、フリー
ベースのポルフィリンはアンカーとして高い部分透過

電子回路を構成する最小の要素として単一の分子を確率を持つことも示すことができた。

用いる「分子エレクトロニクス」は工学・物理・化学

本研究の概略を表す図が表紙絵として採択された。

の領域を融合して発展しつつある。分子を電極に挟ん

図の右側に移っているノートは大戸が導出した部分透だ素子である「単分子接合」は、(i)電極、(ii)電極と分過確率の式である。また本論文の筆頭著者である玉木子と接合させるアンカー、そして(iii)架橋分子から構成

博士は、大阪大学にて学位取得後の現在、A03・寺尾グされる。単分子接合の電気伝導度と素子機能（ダイオループに所属しており、今後とも共同研究を続けていード、メモリ）を化学的に操作する指針を確立するこく予定である。

とが現在の課題となっている[1]。
本研究では、ベンゼン環を介してポルフィリンを連結させたポルフィリンアレーを合成した。連結数や中心金属の組み合わせは６種類にのぼる。それらの電気伝導度測定を、走査トンネル顕微鏡を用いたブレイク
ジャンクション法（STM-BJ）を用いて測定した。

図２

採択された cover picture。

引用文献
図１

[1] T. A. Su et al., Nat. Rev. Mater. 1, 16002 (2016).

本研究で合成・測定・計算を行ったポルフィリ[2] T. Tamaki et al., Chem. Select. 2, 7484 (2017).

ンアレーの構造と部分透過確率の概念図。

409

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No. 49平成 29 年 9 月

業績紹介：芳香族エキシマーの振動状態共鳴
宮﨑 充彦（東工大化生研・A02 計画研究分担者）
藤井 正明（東工大化生研・A02 計画研究代表者）

帰属は難しかった。しかし、図 2 で同じ色の線で結んで示したように、単量体のある振動モードの S0 および
S1 状態におけるバンド位置の平均位置近傍を見ると、

論文題目："A structural study on the excimer state of an

常に何らかの吸収が見られることがわかった。この関isolated benzene dimer using infrared spectroscopy in the

係は、EXC の電子状態と同じように、EXC の振動状態

skeletal vibration region"

も S0 と S1 の振動状態を半々に共有していると考える

著者：Mitsuhiko Miyazaki and Masaaki Fujiiとイメージしやすい。論文では、強相関モデルによる

雑誌巻号：Phys. Chem. Chem. Phys. 19(34), 22759–22776

振動状態共鳴の取扱いにより、一次近似の範囲におい(2017).

て EXC 状態の振動数が実際に S0 状態と S1 状態の振動数の平均（hν(EXC) ~ (hν(S0)+hν(S1))/2）になることを本研究では、ベンゼン二量体（Bz2）のエキシマー状示すことができた。ただ、より精密な理論の構築は実態（EXC）の構造、および振動状態がどのように表わ

験家の手には余るため、理論家の方の助力が得られれされるかについて、赤外分光による研究を行った。EXC

ば、と期待している。

の振動構造について明確に検討した初めての研究であ芳香族の機能性分子では、発光状態やエネルギー移ると考えられる。振動構造についても電子状態と同じ動過程など電子励起状態の性質は注目される性質の一く、ある種共鳴状態にあることを初めて明らかにした。

つであり、芳香族 EXC の基礎的特性の理解が柔らかい

芳香族のエキシマー状態（EXC）は一方の芳香環の機能分子の構造や反応性の制御に繋がると期待したい。

励起状態が二つの芳香環の間で共鳴することによる生
じる量子力学的な引力であり（ΨEXC = ψ1*ψ2 ± ψ1ψ2*）、
単量体（および二量体）の吸収位置よりも大きく長波
長シフトした発光を示すことが特徴としてよく知られている。一方、EXC の構造については、一般に芳香環面が重なったサンドイッチ（SW）型であると考えられているが、現象論的な取扱いが先行しており、詳細に理解されているとは言えない。
Bz2 は、最も単純な芳香族分子二量体としてその分

図 1. ベンゼン二量体（Bz2）のエキシマー形成反応．T 型の構造のステムサイトの励起により生成させたエキシマーの赤外スペクトルと構造を議論した．

子間相互作用の基礎的研究が行われてきた。その構造は、二つのベンゼン環が交差する T 型の構造と、SW型の構造が考えられている。これらの構造の安定化エ
ネルギーは分散力の見積りに対するベンチマーク的な性質を持つため、計算科学では最新の計算法によりその相互作用エネルギーが繰り返し更新され続けており、
S0 状態ではこれら二つの構造はほぼ等エネルギーと見積もられている。しかし、気相孤立系における Bz2 の実験ではなぜか T 型の構造だけが確認されている。
本研究では、気相孤立系に生成した Bz2 のステムサ
イト（図 1 参照）を光励起して EXC を生成し、その赤外スペクトルを測定した。測定したスペクトルを図 2に Bz 単量体のものと合わせて示す。得られた EXC 状

図 2. 基底および励起状態の Bz、およびエキシマー状態における Bz2 の赤外スペクトル．エキシマー状態の振動バンドは、
モノマーユニットの基底状態、励起状態における振動数のほぼ平均位置に現れる．

態の赤外スペクトルは非常に単純であり、高い対称性を示唆する。しかしそのバンド構造は、Bz 単量体のS0 状態とも S1 状態とも大きく異なっており、直感的な410

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No. 49平成 29 年 9 月

業績紹介：ホルムアニリド-水クラスターのイオン化誘起異性化反応―ピコ秒時間分解赤外分光と MD シミュレーションによるダイナミクスの解明―
宮﨑 充彦（東工大化生研・A02 計画研究分担者）
藤井 正明（東工大化生研・A02 計画研究代表者）

スペクトルである。C=O 基に水和していた OH 伸縮振動（R+）が、中間体（T+）を経て NH を水和した生成物（P +: FA-W(NH)）に変化してい行く様子がわかる。

論文題目："Deciphering environment effects in peptide

興味深い点は、ホルミル基の H を CH3 に置換した

bond solvation dynamics by experiment and theory"

AA-W(CO)における同様の C=O → NH 反応よりも反応

著者：Matthias Wohlgemuth, Mitsuhiko Miyazaki, Kohei

速度が遅いことである。MD シミュレーションからは、

Tsukada, Martin Weiler, Otto Dopfer, Masaaki Fujii, and

FA-W の方が反応障壁が低く、反応経路も短いことがRoland Mitrić

示されるため、FA-W の反応速度が AA-W よりも遅い

雑誌巻号：Phys. Chem. Chem. Phys. 19(33), 22564-22572

ことは直感的な理解と反する。MD から振動エネルギ(2017).

ーの移動量を見積もると、反応経路からのエネルギーの散逸（いわゆる IVR）が FA-W ではかなり遅いこと

本研究では、ホルムアニリド‐水クラスター（FA-W）がわかった。AA-W では、自由度の大きい CH3 基の存のイオン化に伴う水分子の水和再配向メカニズムを気在のため、IVR が加速されている。このことより、反相孤立状態におけるピコ秒時間分解赤外分光と ab

応ポテンシャルの形状以上にエネルギー散逸過程が実

initio MD シミュレーションによって研究した。その結際の反応速度に影響をおよぼすことが明らかとなった。

果とすでに研究を行っていたアセトアニリド‐水クラスター（AA-W）に対する結果[1, 2]とを比較すること
で、アミド基の置換基のわずかな違い（FA: H, AA:CH3）が振動エネルギー再分配（IVR）過程に大きな変化をもたらし、水和再配向ダイナミクスに強い影響を持つことを明らかにした。
超音速ジェット中に生成する溶媒和クラスターに対する分光測定は、溶媒数、溶媒和構造、溶媒配向などの詳細な情報を明確にした上でその溶媒和ダイナミク
スを実験的に調べる直接的な手段を与える。凝縮系における測定ではこれらの情報を明確に指定することは依然困難であるため、構造とダイナミクスの対応を詳細に理解するための理想的な系と考えられる。このようなモデル系における分子間相互作用の微視的理解は柔軟な機能分子の運動メカニズムを溶媒の運動も含めて理解するための基礎を与えると期待される。
FA は最も単純なアミド分子の一つで、窒素原子にフェニル環を持つ。中性状態ではアミド基の C=O、N-Hのどちらに対しても水分子は水和できるが、イオン化
すると N-H 結合だけが水和サイトになることがわかっている。従って、C=O を水和した FA-W(CO)をイオ

図 1. FA-W(CO)のイオン化誘起水和再配向反応の時間分解
赤外スペクトル．左が実験、右が MD シミュレーション．

ン化すると、イオン状態で図 1 の挿入図に示したよう

引用文献

な C=O から N-H へと水分子の水和再配向が生じる[3]。

[1] K. Tanabe, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 51, 6604

図 1 にこの再配向過程を実時間観測したピコ秒時間(2012). [2] M. Wohlgemuth, et al., Angew. Chem. Int. Ed.

分解赤外スペクトルを示す。左が実験、右が ab initio

53, 14601 (2014). [3] T. Ikeda, et al., J. Phys. Chem. A 116,

MD シミュレーションによって得られた時間分解赤外3816 (2012).

411

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No. 49平成 29 年 9 月

業績紹介：15 成分の自己集合による分子スターの構築
矢崎晃平（山梨大工・特任助教）
吉沢道人（東工大化生研・A03 分担研究者）
Dillip K. Chand（IIT Madras 化学科・教授）

10+
O
51

O

N

N Pd
N

5 Pd(BF4)2

+
52

O

O

O

DMSO-d6

N
N PdO

論文題目：" A Truncated Molecular Star "著 者 ： Soumyakanta Prusty, Kohei Yazaki, Michito
Yoshizawa, and Dillip Kumar Chand*
雑誌巻号：Chem. Eur. J., 2017, 23, 12456-12461.

O

N

N

N

O

O

O
O

O

N

N
N
Pd
N
N

N
Pd
N N

平面 4 配位の Pd(Ⅱ)イオンと有機配位子の自己集合
Oは、90 度の結合角をベースに、様々な形や大きさの三次元ナノ構造体の合成法として注目されている[1]。一

N

N
Pd
N N

O

O
O

O

方、90 度と異なる結合角を含む構造体は、Pd(Ⅱ)イオ

O

O

O

10 BF4–

図２．自己集合を利用した分子スター4 の合成ンを用いた自己集合による構築が困難であった。
Dillip らは既に、柔軟なビスピリジン配位子 1 と剛直

結晶構造解析の結果、1 つの Pd(Ⅱ)イオンと配位子

なビピリジン配位子 2、ビピリジン(bpy)によりシス位

1 および 2 からなるＤ型構造が、平面状に 5 つ連結しを保護した Pd(Ⅱ)イオンの自己集合により、定量的なた星型構造であり、その直径は約 3 nm であることがＤ型錯体 3 の合成を報告している（図 1 上）[2]。今回、明らかになった（図 3）。また、配位子 1 によりピリジ

配位子 1 と 2 および４つの配位サイトを持つ Pd(Ⅱ)

ン環と Pd イオンとの結合角度が 108 度に広がることでイオンの 15 成分の自己集合により、分子スター4 を構

配位子 2 からなる正五角形を形成した。以上のように、築したので紹介する（図 1 下）。

配位結合を駆動力とした 15 成分の自己集合により、分bpy

1

子スターの構築を達成した。

Pd

(a)
O

2

N

D-shaped complex 3

N

O

+
O
O

N
N

Ligand 2

Ligand 1
Pdmolecular star 4

図１．配位子 1 と 2、ビピリジン(bpy)によりシス保護した
Pd(Ⅱ)イオンによるＤ型錯体 3 および４つの配位サイトを持
つ Pd(Ⅱ)イオンによる分子スター4 の構築．
(b)

具体的には、配位子 1 と 2、Pd(BF4)2 を DMSO 中、1:1:1の比率で混合し、室温で攪拌することで、Pd5(1)5(2)5組成の分子スター4 が定量的に生成した（図 2）。DFT計算の結果から、分子スター4 は、15 成分が 20 個の

図３．分子スター4 の結晶構造：a)正面および b)側面．

配位結合を同時に形成することで得られ、熱力学的に安定な構造であることが示唆された。その星型構造は、
各種 NMR, ESI–TOF MS および X 線結晶構造解析により
決定した。

412

参考文献：[1] D. K. Chand, et al., Coord. Chem. Rev.,
2012, 256, 1831–1945.
[2] S. Prusty, D. K. Chand, et al., Chem. Eur. J., 2015, 21,15174–15187.

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No. 49平成 29 年 9 月

業績紹介：開閉機構を有する分子チューブの構築と長鎖分子の内包と放出
栗原晃平（東工大化生研・修士課程学生）
矢崎晃平（山梨大工・特任助教）
吉沢道人（東工大化生研・A03 分担研究者）(a)

OR
NaHCO3

論文題目：" A Switchable Open/closed Polyaromatic Tubeand its Reversible Binding of Long Aqueous Molecules "著者：Kohei Kurihara, Kohei Yazaki, Munetaka Akita, andMichito Yoshizawa*
雑誌巻号：Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 11360–11364.

N

N

N

N

RO

N

N

N

N

OR

ROH/
CH3CN

HCl
CH3OH

2

4•Cl

1

OR

(b)

(c)

植物に内在する膜たんぱく質の一種のアクアポリン
は、外部刺激に応答して可逆的に開閉可能なチューブ状構造を有する。このような開閉機構を持つ分子チューブを人工的に合成した例はない。我々は既に、多環芳香族骨格を有するカチオン性チューブが、長鎖有機分子を水系溶媒中で選択的に捕捉することを報告して
図２．(a)開口型チューブ 1 と閉口型チューブ 2 の構造変換.
(b)開口型および（c）閉口型チューブの結晶構造

いる [1]。今回、酸・塩基によるアクリジニウム環の構
造変換を利用して、開閉可能な筒状ナノ空間を有する

次に、開口型チューブ 1 の水溶液に長鎖分子 3a,b

分子チューブ 1 を構築し、長鎖分子の捕捉と放出を達を加えることで、内包体 1•3a および 1•(3b)2 が定量成したので紹介する（図 1）。
(a)

的に生成した（図 3）。NMR 解析から、チューブ 1 は、

(c)

塩基

長鎖分子の疎水部を選択的に捕捉することが明らかになった。最後に、内包体の溶液に塩基を加えることで、開口型チューブ

(b)

Ar
N

X

Ar

酸

N

N

N

閉口型チューブ 2 に構造変換し、長鎖分子 3a,b の放出を達成した。

閉口型チューブ

Ar

+ ROH
塩基
酸
– ROH

N

nx

N

base
+

Ar

OR HX

4•Cl

acid

1

図１．(a)開閉機構を持つ分子チューブの模式図．(b)アクリ
ジニウム骨格の酸・塩基応答性.(c)分子チューブ 1 の構造．

3a or 3b

2
O

OH

N
H
N

HO

まず、アクリドンを出発原料として、３段階の反応

xn

D2O, r.t.

1•3a or 1•(3b)2

S

O
O

O

で目的の開口型分子チューブ 1 を合成した。このカチ

3aOH

オン性のチューブは高い水溶性を示し、また、塩基性3b条件下で水またはアルコールからの求核攻撃を受けて、

HO
O

OH
OH

O

閉口型チューブ 2 に構造変換した（図 2a）。これら２O

つのチューブの構造は、各種 NMR, ESI–TOF MS および

O

OH

OH

1•3a

図３．分子チューブ 1 による長鎖分子 3 の内包と放出. 長鎖分子の構造式および 1•3a の最適化構造

X 線結晶構造解析により決定した。
結晶構造解析の結果、分子チューブ 1 は、４つのア

以上のように、剛直な分子チューブの開口・閉口構

クリジニウム環に囲まれた、直径約 1 nm の筒状空間を造の相互変換と、これを駆動力とした長鎖分子の内包有することが判明した（図 2b）。一方で、チューブ 2と放出の制御に成功した。

は、アクリジニウム骨格の平面性が失われ、空間が完全に閉じた構造であることが明らかになった（図 2c）。

413

参考文献：[1] K. Yazaki, M. Yoshizawa, et al., Nature
Communications 2014, 5, 5179.

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No. 49平成 29 年 9 月

領域代表の田原さんが今度は第 8 回分子科学会賞を受賞しました石井 邦彦 （理研・A02 計画研究分担者）

た研究室メンバーをはじめとする国内外の若手世代の教育・育成に大変熱心で、その進路についても我が事

本新学術領域「柔らかな分子系」の領域代表者で A02のように気に掛けて面倒を見てくれる存在でもありま

計画班研究代表者の田原太平さん（理化学研究所）がす。知的好奇心を活力の源泉とする基礎研究の研究者

第 8 回分子科学会賞を受賞されました。

は得てしてこういったことを苦手とするものですが、分子科学会は 50 年以上の長い歴史を持つ分子構造

田原さんの非凡さはそれを突き抜けた意志の強さにあ

総合討論会と、分子科学研究所の設立に大きな役割をると思います。前述した分子科学討論会の懇親会での果たした分子科学研究会が 2006 年に統合して設立さ挨拶で、田原さんは共同研究者と学会賞へ推薦してくれた学会で、日本の分子科学（物理化学、化学物理）

れた方に加えて、自分の居場所としての分子科学のコ分野における最も重要な学会です。分子科学会賞はこミュニティーそのものにも感謝を述べておられました。

の分子科学会の学会賞に当る賞で「分子科学研究分野

その純粋さと強い意志が周囲の人間を引き付け、ついにおいて特に独創的で新たな研究領域の創成に結びつていきたいと思わせる魅力となっているのでしょう。

く質の高い研究成果をあげ、分子科学の発展に長年寄まさに分野の発展に大きく寄与した研究者というにふ与したと認められる研究者」に対して贈られます。

さわしい方です。

田原さんの受賞対象となった業績は「先端的分光計

ちなみに田原さんの受賞は、文部科学大臣表彰、日測法の開発と応用による複雑分子系ダイナミクスの研本分光学会賞の学会賞に続いて今年 3 つめです。本当

究」というもので、これまで田原さんが共同研究者とにおめでとうございます！

一緒に行なってきた先端的な分光計測法、具体的には
超高速分光分野での時間分解時間領域振動分光、非線形分光分野でのヘテロダイン検出和周波発生分光など
新規な界面選択的非線形分光、さらに単分子分光分野での新しい方法である二次元蛍光寿命相関分光などの新しい分光計測の開発とそれを用いて行なった複雑分
子系のダイナミクスに関する基礎的研究が顕彰されたものです。表彰式は東北大学で開催された分子科学討論会の初日（9 月 15 日）に総会に引き続いて行なわれ、松本吉泰分子科学会会長から田原さんに賞状と盾が授与されました。また、三日目（9 月 17 日）に行なわれた懇親会で田原さんは受賞の挨拶をされましたが、そ懇親会でスピーチする田原さん

こで「これは私の受賞ではなく、“私たち”の受賞だと思っています」とこれまで研究を一緒に行なってきた
共同研究者に特に感謝の言葉を贈られました。
私は学位取得後 14 年余り田原さんの研究室で直接ご指導いただきながら共同研究者として仕事をしてきました。田原さんを近くから見続けていて感じること
は、卓越した研究能力の持ち主であることは当然として、やはり類まれなリーダーシップと研究者コミュニティーに対する責任感の強さが第一に浮かびます。本
領域の代表としてのご活躍ぶりから読者の皆様もご存
知と思いますが、あらゆるレベルの研究組織の運営に受賞記念品の盾です。

積極的に取り組み、一度引き受けた役割には常に徹底的にコミットする姿勢には本当に頭が下がります。ま414

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No. 49平成 29 年 9 月

A01 班金・松林グループの増谷佳一君が第 20 回理論化学討論会において最優秀ポスター賞を受賞
金 鋼 (阪大院基礎工・A01 公募研究代表者)
松林 伸幸 (阪大院基礎工・A01 班友)負になることがわかりました。さらにbシートをとる
残基数が非線形的に増加することで多量体内構造がより安定化することも見出しました。

A01 公募研究代表者・金および A01 班友・松林グル

その一方で、モノマー当たりの溶媒和自由エネルギープ(大阪大学)の研究協力者である、大阪大学大学院

ーは正になることから、多量体と水との相互作用は不基礎工学研究科の増谷佳一君(修士 1 年)が、平成 29 年

安定化に作用することを明らかにしています。モノマ

5 月 16 日(火)から 18 日(木)の期間に京都大学で開催さー当たりの凝集体内構造エネルギーと溶媒和自由エネ

れた第 20 回理論化学討論会において、Phys. Chem.

ルギーの和は凝集体の相対安定性を規定しており、今Chem. Phys.誌(Royal Society of Chemistry 発行)支援

回の解析結果より会合数の増加に伴いより負になるこのもと授与される最優秀ポスター賞を受賞しましたのとがわかりました。このことは多量体と水との相互作で、ご報告いたします。

用による不安定化よりモノマー間相互作用による安定

増谷君は今回「分子動力学シミュレーションによる化が上回ることから、凝集体は相対的に安定化される

βシート凝集の構造および自由エネルギー解析」といことを示しています。

う講演題目で発表をおこないました。

尿素水溶液中に対して同様の解析もおこないました。

タンパク質のアミロイド凝集はパーキンソン病、ア

尿素がたかだか数 mol/L 程度あれば凝集体を解きほぐ

ルツハイマー病などのアミロイドーシス疾患の原因とすことを溶媒和自由エネルギーの計算によって見出しされています。またタンパク質工学の分野では、発現ています。化学反応の使用を最小化し環境効果によっさせたタンパク質が封入体となることが多く、その凝てタンパク質凝集構造を制御することが、医工学応用集が大量発現への障害になるとも考えられています。

でしばしば望まれます。分子間相互作用のミクロ知見

タンパク質の凝集は、タンパク質分子間のみならず、に基づく溶媒環境操作の指針策定に向けた 1 ステップ

溶媒・周囲環境との相互作用の下で起きるため、分子を踏み出しました。

間相互作用をあらわに取り入れた解析が必要不可欠で本研究は A02 班・後藤先生(大阪大学蛋白質研究所)

す。そこで、パーキンソン病の原因物質とされるaシとの議論から開始されました。まだ研究は道半ばです

ヌクレイン(140 残基)中で 68〜78 番目の残基に当たるが、本領域の理念である「理論と実験の協奏」を目指

NACore(11 残基)に着目して分子動力学シミュレーシ

しさらなる研究を進めていきたいと考えています。まョンによる研究を展開しています。具体的には、た増谷君は初めての学会発表で最優秀ポスター賞を受

NACore の単量体、2、4、および 8 量体を溶質とし、賞する快挙を成し遂げました。発表当日まで十分な準それぞれに対し水中での分子動力学シミュレーション

備をし、聴衆の興味を惹きつけることができたのは、をおこない、溶媒中のタンパク質多量体の構造と相対増谷君が妥協することなく努力したことによるもので安定性を解析しました。

す。今後ますますの成果を期待します。

特に、bシートを構成する残基数のモノマー当たりの平均値と標準偏差を解析しました。会合数の増加に
より平均値は増加、標準偏差は減少したことから、b
シートはより固定される傾向にあることがわかりました。この結果は様々な実験研究と良い一致しています。
また、各会合数におけるモノマー当たりの凝集体内構
造エネルギーと凝集体の溶媒和自由エネルギーをエネ
ルギー表示法によって計算しました。会合数の増加に伴いモノマー当たりの多量体内構造エネルギーはより

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No. 49平成 29 年 9 月

A02 水谷グループの山下聡君が 6th Asian Spectroscopy Conferenceにおいて Poster Presentation Award を受賞しました
水谷 泰久（阪大院理・A02 計画研究代表者）

れを示したが、求めたラマン励起プロフィールによっ山下聡君（大阪大学大学院理学研究科化学専攻 M1）が、平成 29 年 9 月 3 日～6 日に国立清華大学（台湾）に お い て 開 催 さ れ た 、 6th Asian Spectroscopyて、散乱断面積の温度依存性に関する補正を行ったと
ころ、ボーズ－アインシュタイン分布によってきれいに説明することができた。これによって、アンチストークスラマンバンド強度を振動温度に換算する検量線

Conference にて Poster Presentation Award を受賞しを作成することができたことになる。山下君はこの検た。この国際学会では 27 件のポスター発表があり、そのなかから山下君の発表も含め 3 件が賞に選ばれた。
山下君は、昨年 4 月に私の研究室に卒研生として加わ量線を用いて、われわれが以前報告したチトクロム c
でのアンチストークスラマンスペクトルデータを解析
し、ヘムからのエネルギーによって、その近傍にあるり、今年 4 月に大学院に進学した。学部 4 年生から「タトリプトファン残基の温度変化を計算した。この温度

ンパク質中のエネルギーフローの時空間マッピング」

変化は、タンパク質を連続媒体と近似して熱拡散方程に関する研究を行っている。今回の受賞は山下君のこ式から予想される温度変化に比べ有意に大きな値であれまでの成果が高く評価されたものであり、指導教員った。このことは、タンパク質内のエネルギーフロー

として心からお祝いの言葉を贈りたい。

に異方性があることを示唆している。山下君が作成し山下君の研究成果を簡単に説明する。タンパク質でた、アンチストークスラマンバンド強度－振動温度の起きる化学反応において、反応部位で生じた余剰エネ

検量線によって、われわれが進めているタンパク質のルギーは、タンパク質部分を経て溶媒へと速やかに散エネルギーフローの研究は、その速度だけでなく、エ逸する。この散逸過程は、タンパク質における化学反ネルギーの大きさも定量的にモデルと比較して議論で応の速度や経路を決める重要な過程である。われわれ

きるようになった。

の研究グループでは、ヘムタンパク質を利用して、タ

山下君は、今年度から大阪大学博士課程教育リーデ

ンパク質中のエネルギーフローについて研究を行ってィングプログラム「インタラクティブ物質科学・カデきた。それには、芳香族アミノ酸残基の時間分解アンットプログラム」の履修生に採択され、密度の濃い研

チストークス共鳴ラマンスペクトルに基づき、タンパ

究生活を送っている。この受賞を励みとして、彼がよ

ク質中のエネルギーフローをアミノ酸残基の空間分解

り一層飛躍してくれることを期待している。

能で検出するというオリジナルな手法を開発し用いている。これは、「共鳴効果によってタンパク質の局所的な情報がシャープに得られる」、「アンチストークスバ
ンド強度から振動励起状態に関する情報が得られる」という共鳴ラマン分光法の長所を最大限に活かした手法である。
これまでの研究では、アンチストークスラマンバン
ド強度の時間変化からエネルギーフローの速度については知見が得られていたが、伝搬するエネルギーの大きさについては明らかではなかった。これはラマン散
乱断面積の温度依存性を評価するのが容易でないためである。山下君は、トリプトファン水溶液の吸収スペ
クトルおよび共鳴ラマンスペクトルの温度依存性を詳細に調べ、transform theory を用いて各温度でのラマン励起プロフィールを計算した。共鳴ラマンスペクト
ルに観測されたアンチストークスラマンバンド強度のOrganizing committee chair の I-Chia Chen 教授

温度依存性は、ボーズ－アインシュタイン分布からず（国立清華大学）から賞状を受け取る山下君

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No. 49平成 29 年 9 月

A01 班・金グループの研究成果が新聞に報道される
A01 班公募研究代表者・金グループの研究成果「過冷却水はなぜドロドロになるのか？」のプレスリ
リースをもとにした記事が、2017 年 9 月 6 日日刊工業新聞、2017 年 9 月 5 日時事通信、2017 年 8 月
25 日科学新聞にそれぞれ掲載されました。その他、マイナビニュース、fabcross、Viewpoint サイト
からネットニュース配信されました。また、日本の研究.com プレスリリースアクセスランキングで第4 位(2017.08.21-2017.08.27 集計)になりました。

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No. 49平成 29 年 9 月

第 24 回ワークショップ「若手研究者が描く分子理論の未来」開催報告
金 鋼 (阪大院基礎工・A01 公募研究代表者)
森 俊文 (分子研・A01 公募研究代表者)
八木 清 (理研・A01 公募研究代表者)

た全講演者に改めて感謝する。
蛇足ながら、金、森、八木は、全体合宿会議で神取先生から本ワークショップの運営を拝命したものの、３人とも分野と学会が異なっており、お互いをよく知

本新学術領域研究の第 24 回ワークショップ「若手らなかった。そこで、理研、分子研、阪大を互いに訪研究者が描く分子理論の未来」が、平成 29 年 9 月 14

問し、毎回セミナーを行った。ワークショップの企画

日（木）に、東北大学理学研究科（仙台市青葉区）でをメールだけでなく、face to face で話し、飲みながら開催された。

アイディアを出し合った。一見、非効率的だが、互い最初に金から趣旨説明があり、本ワークショップでの考えや興味を理解することに時間を割くことで、挑は通常の研究発表に加え、「なぜその問題に取り組もう

戦的で刺激的なワークショップを開催できたようと思としたのか」、「どのように本質に挑もうとしているのう。その根底にあるのは、「楽しいと思えることをやろか」に言及するよう注文を出した。その後６名の若手う」という田原代表を始めとする本領域のスピリット

研究者による招待講演があった。畑中氏（奈良先端大）である。このような異分野交流の空気を守り、今後もは、学部時代に触媒合成研究室で遭遇した柔らかい構続けたい。

造を持つ不斉触媒の活性機構に疑問を持ち、今、計算プログラム
10:00 開会の挨拶	  金 鋼（阪大）
10:10 柔らかな不斉触媒系における立体選択性発現機構の解明畑中 美穂（奈良先端大）11:00 時計タンパク質概日リズムの理論研究
甲田 信一（分子研）
13:30 電極-電解質界面における電子移動の微視的理解：新規第一原理計算手法の開発
中農 浩史（京大）
14:20 分子シミュレーションによる界面分光理論の発展
城塚 達也（東北大）
15:30 生物学的レアイベントを再現・予測する効率的構造サンプリング手法の開発
原田 隆平（筑波大）
16:20 機械学習を用いた 1 分子計測とシミュレー
ションの統合とタンパク質動態解析
松永 康佑（理研）
17:10 総合討論
19:00 懇親会

化学でそれに挑んでいる。甲田氏（分子研）、原田氏（筑波大）、松永氏（理研）はタンパク質運動の階層性に興味を持っているが、アプローチが違う。甲田氏は、まず現象（時計タンパク質が 24 時間を刻む）を全体的に説明する数理モデルを作り、モデルの要素となる分子描像をシミュレーションで得るトップダウン方式である。逆に、原田氏と松永氏はボトムアップ方式で、分子動力学シミュレーションの効率化やマルコフ状態
モデルのような階層理論を駆使した開発を展開している。城塚氏（東北大）と松永氏（理研）は計測実験との連携を促進している。城塚氏は振動差スペクトルや3 次感受率を考慮した和周波スペクトルの新しい計算法を開発し、松永氏は FRET の計測データを機械学習することでシミュレーションをリファインし、タンパ
ク質のフォールディング機構解明に取り組んでいる。
中農氏（京大）は、電極・電解質系において電極電子の応答、溶媒やイオンのダイナミクスを記述する理論を構築している。電気二重層の分子論的な姿が明らかになってきた。
一人 50 分でも講演時間が足りないほど議論は白熱し、最後に設けた総合討論でも講演者と参加者が一体となった活発な意見がかわされた。講演者が自分の研究哲学をしっかり語ってくれたおかげだと思う。仙台への道すがら、偶然、寺田寅彦の随筆「科学者と芸術家」を読んだが、本ワークショップの若手研究者はまさに芸術家のようであり、とても頼もしく感じた。無最後に、ワークショップの開催、進行をお手伝いい

理な注文にも関わらず、しっかり考え、準備してくれ

ただいた、東北大の城塚氏と森田教授に深く感謝する。

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No. 49平成 29 年 9 月

開催報告：第 66 回 高分子討論会 特定テーマ「柔らかな」生体および合成高分子系の解明と構築
吉沢道人（東工大化生研・A03 分担研究者）て述べた。その後、本討論会の運営委員長を務める井中西尚志（物材機構 MANA・A03 計画研究代表者）

原栄治先生（愛媛大・A03 公募班員）の発表「ジアゾ酢酸エステルの重合による柔らかな合成高分子系の構平成 29 年 9 月 20 日～22 日に第 66 回高分子討論会

築」でスタートした。

が愛媛大学の城北キャンパスで開催された。その特定本領域からは、中野幸司先生（農工大・A03 公募班

テーマとして、“「柔らかな」生体および合成高分子系員）の「ヘリセンを含有する高分子の合成と機能」、相の解明と構築”と題するセッション（2.5 日間）を企

良剛光先生（北大・A03 公募班員）の「非対称性シク画運営した。このセッションでは、本新学術領域のメロファンが示す刺激応答発光特性」、中西の「ソフトク

ンバーを中心に、日本化学会の新領域研究グループ「金ロモフォア特性を有す液体ポルフィリン」、河野宏徳君属と分子集合」（吉沢など）と「エキゾチック自己組織（九大・A03 公募班員・楊井グループ）の「水中自己化材料」（中西など）との融合により、「柔らかな分子

組織化に基づく励起三重項の保護とフォトン・アップ

系」の新たな展開を目指した。

コンバージョン」、吉沢の「多環芳香族ナノ空間を活用最初の趣旨説明（吉沢）では、本セッションの 3 つした水中での二糖認識」、安部聡先生（東工大・A03 公のねらいと 3 つの特徴を述べた。ねらいでは「柔らか

募班員）の「柔らかな細孔空間をもつタンパク質結晶

な」生体および合成高分子系の領域を定義し、重要性設計」、大洞光司先生（阪大・A03 公募班員）の「柔らを述べ、これらの複雑系に対して、「機能創成」と「先かなヘムタンパク質を素材とするポリマーの調製と弾端計測」と「理論・計算化学」のアプローチ（図 1 上）性評価」
、井上圭一先生（名工大・A03 計画班長・神取で活発に研究している研究者を集めた点を強調した。

グループ）の「イオンの輸送を決定するロドプシンタ

また、特徴では、上述の 3 グループの初融合（図 1 下）、

ンパク質の柔らかさ」、林重彦先生（京大・A01 計画班

修士学生から教授までの幅広い層の発表と高分子学会員）の「柔らかいタンパク質の分子機能の理解と設計」、に初参加者の発表、研究討論と地域交流の両立につい北尾彰朗先生（東工大・A01 計画班長）の「生体高分子の離合集散ダイナミクス」、飯野亮太先生（分子研・
A02 公募班員）の「高速１分子イメージング解析で明らかとなったタンパク質分子モーターの化学力学共役機構」に関する最新の研究成果が発表された。その中でも特に、相良先生の環状分子固体の刺激応答蛍光や飯野先生のキチナーゼの精密反応解析は多くの注目を集めた。また、「金属と分子集合」グループから 5 件と「エキゾチック自己組織化材料」グループから 4 件を含む合計 43 件の発表が行われた。各発表（15 分）後の 10 分間の質疑応答で、幅広い分野の研究者と発表者
で深い研究討論が行われた。
本セッション最後のまとめ（中西）では、約 3 日間を通して、多数の研究者が本セッションに参加し、興
味深い研究成果を発表し、活発な議論をして下さったことに感謝するとともに、今後も「柔らかな」複雑系に関して、幅広い研究者と討論できる場を用意していくことを約束した。

図１．本センションの趣旨説明に使った発表資料

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No. 49平成 29 年 9 月

Conformational Ensembles from Experimental Data and Computer
Simulations 参加および M.Hoff 研究室訪問報告
信夫 愛（東工大生命理工・A01 計画研究

fluorescence spectroscopy and microscopy as well as single

特任研究員）

molecule techniques to study biological systems in theatomistic level. Their work mainly focuses on membrane

In August this year, I participated in a conference titledproteins and other lipid containing substances such as“Conformational Ensembles from Experimental Data andliposomes. Throughout the visit, I accompanied Dr. Piotr

Computer Simulations” that took place in Berlin, Germany.

Jurkiewicz, who gave a me through tour of the lab. I was

The main theme discussed in the conference was

guided through the stages of a typical research project inelucidating the structure and dynamics of large andtheir group, starting from a chemical lab where lipid

complex biological assemblies. It gathered researchers

preparation takes place, continuing to instruments such as

from various experimental, theory and computational fields

time-resolved fluorescent microscopes, a single moleculeand presented cutting edge approaches for determining

sensitive microscope, spectrometers, and many others, andmolecular structure by using computational methods tofinally I got to see beautiful images taken by theinterpret noisy experimental data. Another common topic

microscopes.

dealt with ways to interpret time and ensemble-average ofThe

those highly dynamic system, in levels of both theory andgroup

collaborates

closelywithanotherexperimental group and a computational group, who sit

application.

very closely on the same floor. This type of setting allows

One of the talks that drew my attention was given by Dr.

for direct, effortless communication on a daily basis, which

Paul Robustelli from D.E. Shaw research in New York,I believe to contribute to fruitful scientific research.

USA. Dr. Robustelli introduced an ongoing process to

To conclude, both conference and lab visit contributed

develop force fields that accurately describe both ordered

for creating new ideas to apply in my research, forand disordered protein states. So far, they developed a new

broadening my field of vision, and for boosting mywater model, TIP4P-D that better balances electrostatic andscientific enthusiasm.

dispersion interactions. They further continue to optimize
common MD force fields, using experimental methods suchas NMR and SAXS as references.
I also had the chance to present my work, which focuseson the effort to determine the correct structure of aprotein-protein complex from molecular docking. In mywork, I calculate binding free energies of complexes using
an explicit solvation term by applying the energy
representation method. I show that submitting docked
protein-protein complexes to MD in explicit water
improves their solvation and total binding free energy.
All throughout the conference I was impressed by the
lively scientific atmosphere, with fruitful questions anddiscussions, as well as busy poster sessions.
After the conference, I continued to Prague, there I
visited the group of professor Martin Hoff at the J.
Heyrovský Institute of Physical Chemistry of the Czech
Academy of Sciences.
The lab of professor Hoff focuses on applying

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No. 49平成 29 年 9 月

WATOC 2017 参加報告
Hisham Dokainish

results from standard force fields and quantum mechanical（東工大生命理工・A01 計画研究

特任研究員）

Prof. Donald Truhlar (University of Minnesota) in his

The 12th Triennial Congress of the World Association ofinvited talk introduced his new work on developing new

Theoretical and Computational Chemists (WATOC2017)

density functionals for accurate description of excited states

was held in Munich, Germany, during the week of August

and metal complexes. He presented the results of his new

27th –September 4th. This conference represents the largest

Revised M06 and M06L functionals and their improved

gathering of computational chemists from all over theenergy barriers and noncovlaent interactions in comparison

world and it covers all aspects of computational chemistry

to previous Mo6 and M06L functionals.

from theory development to applications. This year the

Besides attending many talks and posters, I had theconference was mostly focused on developing more

opportunity to present our new paper on the electron fatecomputationally efficient high-level ab initio calculations,and catalytic mechanism of DNA repair in (6-4) Photolyase

such as incorporating couple cluster theory to simulate
largermolecules.

Furthermore,

photochemistry

enzymes. During the poster session, I discussed our newly

andproposed mechanism of electron transfer to 5`base

accurate calculations of excited states was the subject offollowed by water formation/activation mechanisms withmany talks. Indeed, this conference represented awonderful

opportunity

toexplore

many

areas

semiempirical methods.

many scientists who were interested in the topic.

of

Before the conference, on August 24th and 25th, I havecomputational chemistry and platform to exchange ideas asvisited the Max Planck Institute for Medical Research inwell as to meet many excellent scientists.

Heidelberg. Wherein, I have visited the research group of

As a result of the conference importance in the field, theProf. Tatiana Domratcheva. Prof. Tatiana is an expert innumber of participants has grown this year to 1500 from 68

high-level calculations of photolyase enzymes. Therefore,

countries. There were 12 plenary lectures including talks

we had a deep discussion on photolyase mechanisms andfrom the last three years winners of the Dirac andour recent proposal of the mechanism. Also, her PhD

Schrodinger medals. It also had 215 invited talks, 136

student Egle Maximowitsch has introduced me to theircontributed speakers and 920 posters organized in six

recent work on engineered DNA photoproducts.

parallel sessions including industrial session.

Besides, I gave a departmental seminar at the institute on

The conference started with an interesting plenary

our computational results on photolyase systems including

lecture by Prof. Todd Martinez (Stanford), wherein heour functional conversion, histidine protonation states andintroduced the efficient implementation of the high level ab

repair mechanism studies. This visit was really helpful for

initio complete active space self consistent field (CASSCF)

our current and future studies on photolyase systems.

method to simulate large molecules using graphics
processing unit (GPU). Such technique allow for accurate
calculations of complex systems, up to 200 atoms, excitedstates, which would have numerous applications especiallyin photochemical reactions investigations.
The invited talk by Prof. Frank Jensen (University of
Aarhus) highlighted their own work toward developing an
improved force field, General Quantum Mechanically
Derived Force Field (QMDFF). Prof. Jensen represented a
new method to improve the nonbonding interaction

Left: Hisham Dokainish, Prof. Tatiana Domratcheva, Egle

energies in force field based on ab initio calculations.

Maximowitsch

QMDEF shows very good accuracy in comparison to421