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生体系における水の並進エントロピーの重要性:統計力学理論解析

Research Project

Project/Area Number 11J02654
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

天野 健一  神戸大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
KeywordsATP駆動タンパク質 / 水の並進エントロピー / 液体の統計力学 / 水和効果 / 液中AFM / 溶媒和構造の計算 / 表面科学 / 固液界面 / 生物物理 / 水和自由エネルギー / 水和エントロピー / 水和エネルギー / タンパク質 / AFM / エネルギー科学
Research Abstract

(1)私はATP駆動タンパク質の一つであるミオシンの研究を液体の統計力学の観点から研究した。ミオシンの一方向性運動においてミオシンはアクチンフィラメントに結合するのだが、ショ糖を添加する事で結合力が増す事が知られている。そこで、ショ糖添加に伴うエントロピックな結合力はどうなるのかを調べた。計算によると、ショ糖の添加により、エントロピックな結合力が増加する事が判明した。
(2)液中AFMを液体の統計力学の観点から研究した。主な研究実施状況は、以下のA~Dである。
A:疎溶媒性と親溶媒性の表面が交互に配列した表面上で、測定されうる探針と試料表面間の相互作用力を計算した。疎溶媒性と親溶媒性の間隔を変化させたり探針の溶媒への親和性を変化させたりして、様々な条件下での相互作用力を調査した。これによりフォースカーブの一般的な性質を把握する事ができた。
B:これまで液中AFMで測定された探針と試料表面間の相互作用力を溶媒和構造に変換する手法は無かった。そこで私は、そのフォースカーブを溶媒和構造に変換するアルゴリズムを見出した。また、そのアルゴリズムの正当性を理論計算上で確認もした。
C:これまで知られていた、液中AFMで測定されるフォースカーブと、実際に試料表面上に形成される溶媒和構造との関係式は、明らかに間違っている事を発見した。そこで、私は、液体の統計力学の観点から、フォースカーブと溶媒和構造の関係式を厳密に導出した。関係式は、単純流体・二成分流体・分子性液体の条件下で、3パターンのものを見出した。
D:液中AFMによって、生体分子一分子を試料表面と探針の間で引っ張る事ができる。この技術を用いて私は、生体分子の変性における水和エントロピーの変化量を直接計測する手法を見出した。そこで、私はその理論に従って、実験を提案・施行した。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2013 2012 2011 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (9 results) Remarks (4 results)

  • [Journal Article] Entropic release of a big sphere from a cylindrical vessel2013

    • Author(s)
      Hirokazu Mishima, Hiraku oshima, Satoshi Yasuda, Ken-ichi Amano. and Masahiro Kinoshita
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters 7

      Volume: 561-562 Pages: 159-165

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2013.01.045

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical study of solvent-mediated Ising-like systems : One-dimensional version2012

    • Author(s)
      Ken-ichi Amano
    • Journal Title

      Physica A

      Volume: 391 Pages: 4615-4623

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Platinum electrodeposition in porous silicon : The influence of surface solvation effects on a chemical reaction in a nanospace2012

    • Author(s)
      Kazuhiro Fukami, Ryo Koda, Tetsuo Sakka,Tomoko Urata,Ken-ichi Amano,Hikaru Takaya,Masaharu Nakamura,Yukio Ogata, and Masahiro Kinoshita
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 542 Pages: 99-105

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2012.05.078

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A method for calculating solvation structure on a sample surface from.a force curve between a probe and the sample:One-dimensional version2012

    • Author(s)
      Ken-ichi Amano
    • Journal Title

      arXiv

      Volume: 1209.0303

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      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] シャペロニンGroELによる基質タンパク質の挿入と放出のメカニズムの解明 : 溶媒和の観点から2012

    • Author(s)
      天野健一
    • Journal Title

      分子シミュレーション研究会会誌"アンサンブル"

      Volume: 14(4) Pages: 196-202

    • NAID

      130004964838

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  • [Journal Article] A method of comparison between a force curve measured on a solvated surface and the solvation structure2012

    • Author(s)
      Ken-ichi Amano. Kazuhiro Suzuki, Takeshi Fukuma, and Hirosi Onishii Onishi ,
    • Journal Title

      arXiv

      Volume: 1212.1888

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      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] Relation between a force curve measured on a solvated surface and the solvation structure : Relational expressions for a binary solvent and a molecular liquid molecular liquid i2012

    • Author(s)
      Ken-ichi Amano. Kazuhiro Suzuki, Takeshi Fukuma, and Hiroshi Onishi
    • Journal Title

      arXiv

      Volume: 1212.6138

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  • [Journal Article] Potential of mean force between a large solute and a biomolecular complex : A model analysis on protein flux through chaperonin system2011

    • Author(s)
      Ken-ichi Amano, Hiraku Oshima, Masahiro Kinoshita
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 135巻 Issue: 18

    • DOI

      10.1063/1.3657856

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  • [Journal Article] Theoretical study of solvent-mediated Ising-like system : A study for future nanotechnology2011

    • Author(s)
      Ken-ichi Amano
    • Journal Title

      arXiv (open access e-prints)

      Volume: 1110.4030v1 Pages: 1-18

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  • [Presentation] 液中AFMから得られるフォースカーブを元にした溶媒和構造の計算2013

    • Author(s)
      天野健一、大西洋
    • Organizer
      生物物理学会・中部支部講演会
    • Place of Presentation
      愛知県、名古屋大学
    • Year and Date
      2013-02-19
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  • [Presentation] Theoretical study of solvent-mediated Ising-like system : One-dimensional version2012

    • Author(s)
      Ken-ichi Amano
    • Organizer
      56^<th> Annual Meeting of Biophysical Society
    • Place of Presentation
      San Diego California USA
    • Year and Date
      2012-02-29
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  • [Presentation] Mean force between an AFM probe and membrane patterned with solvophilic and solvophobic surface : a theoretical study2012

    • Author(s)
      Ken-ichi Amano. Hiroshi Onishi
    • Organizer
      NCAFM 2012
    • Place of Presentation
      Cesky Krumlov, Czeck Republic
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 溶媒内イジングモデルの研究2011

    • Author(s)
      天野健一
    • Organizer
      第117回日本物理学会九州支部例会
    • Place of Presentation
      佐賀県・佐賀大学本庄キャンパス
    • Year and Date
      2011-12-03
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  • [Presentation] シャペロニンの機能発現における水の役割:統計力学理論解析2011

    • Author(s)
      天野健一
    • Organizer
      物性理論セミナー
    • Place of Presentation
      福岡県・九州大学箱崎キャンパス(招待講演)
    • Year and Date
      2011-12-02
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] フィラメント近傍のリニヤーモーター蛋白質に対して形成されるエントロピーポテンシャル場:単純化モデルを用いた統計力学理論解析2011

    • Author(s)
      天野健一、吉留崇、岩城光宏、鈴木誠、木下正弘
    • Organizer
      新学術領域研究・水を主役としたATPエネルギー変換・第2回領域全体会議
    • Place of Presentation
      大阪府・大阪ガーデンパレス
    • Year and Date
      2011-08-09
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 大きな溶質の生体高分子複合体への挿入およびそれからの放出2011

    • Author(s)
      天野健一、木下正弘
    • Organizer
      新学術領域研究・水を主役としたATPエネルギー変換・第2回領域全体会議
    • Place of Presentation
      大阪府・大阪ガーデンパレス
    • Year and Date
      2011-08-09
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 溶媒中におけるポリマーの立体構造特性を解析するための効率的な方法2011

    • Author(s)
      天野健一、尾嶋拓、木下正弘
    • Organizer
      本生物物理学会第3回中国四国支部大会
    • Place of Presentation
      広島県・広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      2011-05-14
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 筒状容器における大球溶質の挿入と放出:単純化モデルを用いたシャペロニンGroELに関する理論解析2011

    • Author(s)
      天野健一、木下正弘
    • Organizer
      本生物物理学会第3回中国四国支部大会
    • Place of Presentation
      広島県・広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      2011-05-14
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  • [Remarks]

    • URL

      http://www.geocities.jp/kyotonen/

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      2012 Annual Research Report
  • [Remarks] 京都大学エネルギー理工学研究所、木下正弘研究室

    • URL

      http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/centerbunya/kinoshita/

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      2011 Annual Research Report
  • [Remarks] 神戸大学大学院理学研究科、大西洋・木村建次郎研究室

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index.html

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      2011 Annual Research Report
  • [Remarks] 天野健一のホームページ

    • URL

      http://www.geocities.jp/kyotonen/

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      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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