Nuclear quantum effect on the hydrogen-bonded structure of guanine-cytosine pair

グアニン・シトシン対の水素結合構造における核の量子効果

大道 雅史*; 小泉 亮人*; 志賀 基之   ; 立川 仁典*

Daido, Masashi*; Koizumi, Akihito*; Shiga, Motoyuki; Tachikawa, Masanori*

本論文発表では、Watson-Crickタイプのグアニン-シトシン塩基対の水素結合構造について、半経験的ポテンシャルエネルギー面を用いた古典的なハイブリッドモンテカルロ法及び量子的な経路積分ハイブリッドモンテカルロ法で計算した成果について報告する。得られた成果としては、3つのNHX水素結合部を詳しく調べたところ、量子効果によって分子内NH結合が伸び、HXが縮む傾向が見られたことである。ここで、水素結合距離NXは、HX距離とは相関するが、NH距離とは相関しないこと、また、隣同士の水素結合距離には相関があることもわかった。なお、本研究は科学研究費補助金研究の一環として実施された研究であり、原子力材料物性シミュレーションの高度化手法の生体分子への適用により得られた成果である。

The structure of Watson-Crick type guanine-cytosine (G-C) base pair has been studied by classical hybrid Monte Carlo (HMC) and quantum path integral hybrid Monte Carlo (PIHMC) simulations on the semiempirical potential energy surface. For the three NHX hydrogen-bonded moieties, the intramolecular NH bonds are found systematically longer while the HX distance shorter in the PIHMC simulation than in the HMC simulation. We found that the hydrogen bonded length NX correlates with the HX distance, but not with the NH distance. A correlation is also between the neighboring hydrogen bonds in the G-C base pair.