Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

分子動力学 / 粗子化 / 分子動力学専用計算機 / 相変化 / 液晶 / 分子動力学シニュレーション / 散逸粒子動力学シミュレーション

17年度,18年度に引き続き液晶の粗子化分子動力学シミュレーションおよび原始レベルでの分子動力学シミュレーションを行った.粗子化分子動力学シミュレーションについては,平板間に挟まれた液晶の振る舞い,拡散係数などについてシステムサイズ依存性について大規模計算を行った.また,粗子化シミュレーションとの対応を見るために,昨年度からの続きで原始レベルでの分子動力学シミュレーションを行った.特に今年度は,5CBを用いて,当方相と液晶相の間の相転移現象について計算を行った.既存の研究では,分子数が少なく,また長時間シミュレーションが行われていなかったため,粗子化シミュレーションとの比較も難しかった.本研究では,分子動力学専用計算機MDGPAPE-3を用い,500分子程度の系において, 0. lMPaにおける様々な温度で,約100nsほどのシミュレーションを行い,相転移現象を計算した.計算に汎用機を用いた場合には数十年かかることが予想されるが,本研究ではMDGRAPE-3を用いることで1年弱で計算を行うことができた.分子モデルとしてOPLS-UAモデルを用いたが,計算系を大きくし,計算時間を長く取ったことで,周期境界条件の影響が少なくなり,相転移の際のヒステリシスが小さくなったことで,転移点をより正確に見積もることが可能となった.転移点は実験結果より3%ほど小さくなった.また粗子化シミュレーションで得られた値とほぼ一致した.

氷タンパク質 / 分子動力学シミュレーション / 分子動力学専用計算機(MDGRADE=-2) / 核生成 / 水素結合 / 分子動力学 / 専用計算機 / 氷核生成 / 二次構造

氷核生成を活性化させる物質(過冷却解除剤)を用いた現象の理解のためには,氷核生成の微視的メカニズムの解明が必要である.本研究では,過冷却解除剤として氷核活性細菌に着目し,その細胞膜上にある氷核生成を促進する機能を持つタンパク質(ICE PROTEIN)の構造と核生成のメカニズムの関係を解明することを目的とする.
平成14年度は,氷タンパク質の機能を明らかにする目的から,タンパク質自身の2次構造の解析を分子動力学シミュレーションを用いて行った.平成15年度は氷生成のメカニズムを明らかにする目的から,氷タンパク質の機能を抽出したモデルの構築を行った.新たに構築したモデルを用いてT=300Kにて分子動力学シミュレーションを行った.氷タンパク質のモデルと水分子の間の水素結合について詳細に解析を行った.その結果,酸素原子と水分子が水素結合をするサイトに関しては,結合エネルギー・結合時間などの解析から十分妥当なモデルであることがわかった.しかし,水素原子と水分子が水素結合するサイトに関しては,結合状態が不十分であることがわかった.
そこで,氷タンパク質の機能を完全に抽出したモデルの構築は難しいと判断し,平成16年度はタンパク質のすべての原子をそのまま扱うモデルを採用し,周期境界条件下で計算を行った.周期境界条件下で計算するために,氷タンパク質の周期性を十分に調べ,シミュレーションを行った.水素結合の持続時間などの解析を行い,氷タンパク質の特徴を調べることができた.分子動力学シミュレーションには,分子動力学専用計算機MDGRAPE-2を用いた.MDGRAPE-2は分子動力学計算において最も時間のかかる力の計算を専用に行うチップとボードからなるものである。