三磷酸腺苷（ATP）是生命活动必不可少的能量载体。在细胞内部，使用 ATP 水解为二磷酸腺苷 (ATP) 和无机磷酸盐 (Pi) 时释放的能量。这一次，由东北大学理学研究生院的 Hideaki Takahashi 副教授领导的研究小组阐明了 ATP 能量的详细分子机制。
迄今为止，已经对 ATP 能量的物理理解进行了大量研究。 直到 1960 年代，ATP 能量被认为是 ATP 离子本身的分子结构所固有的，我们试图通过量子力学计算来解释其高能量，但我们无法定量解释实验值。 在 1990 年代，进行了量子力学计算，将水的影响作为一个连续体。然而，由于计算量很大，很难评估溶解在水中的每种溶质（反应离子和产物离子）的自由水合能。
此次，课题组自主研发了将大量CPU（计算机中央处理器）并行连接进行计算的系统。 它支持 ATP 和 ADP 的高速量子力学模拟。此外，我们融合了大阪大学松林信之教授（工学研究生院）开发的高精度和高速水合自由能计算方法，成功地高精度计算了水中的 ATP 水解反应能量。
计算表明，在水介质中，与 ATP 解离相关的电子能量的大幅下降和溶质自由水合能的大幅增加相互抵消。结果，首次阐明了自由水解能几乎恒定而与 ATP 的离子价态无关的微观机制。这一成就改写了生物学教科书中关于ATP能量释放的许多描述。
论文信息：[Journal of Physical Chemistry B] 通过大规模 QM/MM 模拟结合解法理论揭示了电子和溶剂化对 ATP 水解的影响的剧烈补偿
