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2017 Fiscal Year Research-status Report

弱結合条件下の荷電タンパク質間実効相互作用と相挙動における溶媒分子の役割

Research Project

Project/Area Number 15K05249
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

秋山 良  九州大学, 理学研究院, 准教授 (60363347)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉森 明  新潟大学, 自然科学系, 教授 (90260588)
徳永 健  工学院大学, 教育推進機構(公私立大学の部局等), 准教授 (30467873)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords電解質溶液 / 荷電巨大分子 / 実効相互作用 / 分子シミュレーション / 電気二重層斥力 / 液体の積分方程式理論 / 相挙動 / クーロン系
Outline of Annual Research Achievements

クーロン相互作用が熱エネルギーより充分大きな領域以外での電解質溶液中の荷電巨大分子間の実効相互作用およびその相挙動の理解を目指して研究を開始した。まず、液体の積分方程式理論を用いて同符号荷電巨大分子間の実効相互作用を計算した。モデルは荷電剛体球モデルを用いた。
その結果、いわゆるDLVO理論とは異なった共イオン価数依存性がみられた。通常のDLVO理論では、イオン強度が同じであれば、共イオン価数を変えても同符号荷電巨大分子間の静電遮蔽の強さには変化がない。これは電気二重層斥力が線形化されたポアソンボルツマン方程式の解から求められているからである。しかし、少し電荷が大きくなり、また電解質濃度が高くなると線形近似では不十分になる。例えば、価数が大きくなることでその条件は不十分になる。その結果、実効相互作用の形状はよく知られた電気二重層斥力の形に似ているが、その遮蔽の強さは変化する。一方で、カウンター電荷のイオンの濃度を一致させると、実効相互作用は同符号荷電巨大分子間の実効相互作用はほとんど一致してしまう濃度および荷電領域が存在した。この場合、イオン強度は当然変化している。それにもかかわらず、同符号荷電巨大分子間の実効相互作用は互いに一致するのである。この結果は、その濃度および荷電領域では、共イオンが荷電巨大分子間から排斥されてしまい、静電遮蔽は主に対イオンによって行われているからであると予想できる。このアイディアは、電解質溶液中の膜間距離に関する実験結果の解釈と似ている。
それらの実効相互作用を用いて電気二重層斥力で反発し合う巨大分子の作る”液体”構造を分子シミュレーションを用いて計算中でありいくつかのケースについては結果が得られつつある。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

共イオンの価数依存性の効果などの解釈は予想を超えて進んだ。また、シミュレーションとの組み合わせも進みつつある。一方で、相図の計算の進捗状況が思わしくない。しかし、良い方針が最近掴めたので、今後相図の計算および結果の論文化を進める予定である。

Strategy for Future Research Activity

巨大分子が有限濃度の場合の実効相互作用の扱い方の再検討を行ったところ実効的な直接相互作用を少し修正する方法でとり入れることができそうである。また、モデルの再検討により相図の計算をまとまる形で計算する算段がつきつつある。この研究を進めることで、相図により平衡クラスターの存在について検討する当初のもう一つの目的について達成することができそうである。それらの研究を進めたい。
また、モデルの再検討で分子シミュレーションを用いた相図に関する検討も進めることができそうなので行いたい。
また、また論文化していない成果があるので、まずはそれを今後進めてゆく予定である。

Causes of Carryover

研究成果はまとまりつつあるが、平成29年度に巨大分子の拡散や相図に関する議論が発展し、研究分担者との共著論文および学会発表のために次年度使用が生じた。

  • Research Products

    (18 results)

All 2018 2017

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Theoretical approaches for dynamical ordering of biomolecular systems2018

    • Author(s)
      Okumura Hisashi、Higashi Masahiro、Yoshida Yuichiro、Sato Hirofumi、Akiyama Ryo
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta(BBA) - General Subjects

      Volume: 1862 Pages: 212~228

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.bbagen.2017.10.001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Basic Cell Size Dependence of Displacement for a Solvation Motor in a Lennard-Jones Solvent2018

    • Author(s)
      Tokunaga Ken, Akiyama Ryo
    • Journal Title

      J. Comput. Chem. Jpn

      Volume: 17 Pages: 80-84

    • DOI

      DOI: 10.2477/jccj.2018-0004

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stick boundary condition at large hard sphere arising from effective attraction in binary hard-sphere mixtures2018

    • Author(s)
      Nakamura Yuka, Yoshimori Akira, Akiyama Ryo, Yamaguchi Tsuyoshi
    • Journal Title

      THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS

      Volume: 148 Pages: 124502-1-12

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5025202

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrostatic double-layer interaction between stacked charged bilayers2017

    • Author(s)
      Hishida Mafumi, Nomura Yoko, Akiyama Ryo, Yamamura Yasuhisa, Saito Kazuya
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW E

      Volume: 96 Pages: 040601(R)-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.96.040601

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Isotactic poly(4-methyl-1-pentene) melt as a porous liquid: Reduction of compressibility due to penetration of pressure medium2017

    • Author(s)
      Chiba Ayano、Inui Masanori、Kajihara Yukio、Fuchizaki Kazuhiro、Akiyama Ryo
    • Journal Title

      THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS

      Volume: 146 Pages: 194503-1-5

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4983508

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 多価カチオンを含む電解質中におけるタンパク質表面の負に帯電した酸素間の実行相互作用2018

    • Author(s)
      末松安由美、菱田真史、秋山良
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
  • [Presentation] 溶媒の密度分布で決まる粒子表面の境界条件2018

    • Author(s)
      中村有花, 吉森明, 秋山良, 山口毅
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
  • [Presentation] 荷電脂質膜が作る多重層ベシクルの表面電位2018

    • Author(s)
      菱田真史, 秋山良, 山村泰久, 齋藤一弥
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
  • [Presentation] 荷電コロイド粒子の結晶化に影響する平均力ポテンシャルの斥力2018

    • Author(s)
      田村雄大, 末松安由美, 吉森明, 秋山良
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
  • [Presentation] Effective attraction between negatively charged oxygen atoms on protein surface in an electrolyte solution2018

    • Author(s)
      Ryo Akiyama, Ayumi Suematsu
    • Organizer
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第6回国際シンポジウム
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 2成分剛体球系での固体表面への分子吸着における活性化自由エネルギー及び吸着量のモル分率依存性2017

    • Author(s)
      大島 章生、秋山 良
    • Organizer
      凝縮系の理論化学2017
  • [Presentation] 統計力学的手法による2成分剛体球系の相挙動の研究2017

    • Author(s)
      末松安由美、吉森輝、秋山良
    • Organizer
      凝縮系の理論化学2017
    • Invited
  • [Presentation] Selectivity of large hard sphere on a hard wall immersed in binary hard-sphere fluid2017

    • Author(s)
      Akio Oshima, Ayano Chiba, Ryo Akiyama
    • Organizer
      The 10th Liquid Matter Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effective potential and crystallization by depletion effect in binary hard-sphere systems2017

    • Author(s)
      Ayumi Suematsu, Akira Yoshimori, Ryo Akiyama
    • Organizer
      The 10th Liquid Matter Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Statistical Mechanics Study of Reentrant Phase Behavior of Proteins in an Electrolyte Solution2017

    • Author(s)
      Ryo Akiyama
    • Organizer
      The 17th KIAS Conference on Protein Structure and Function
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Exclusion of coions from space between two macroions in an electrolyte solution: the charge dependence2017

    • Author(s)
      A. Suematsu, R. Akiyama and M. Hishida
    • Organizer
      11th Mini Symposium on liquids
  • [Presentation] System Size Dependence of the Motion of Solvation Motor2017

    • Author(s)
      Ken Tokunaga, Ryo Akiyama
    • Organizer
      11th Mini Symposium on liquids
  • [Presentation] Short and long range effects of an effective ectiveg range effects of an effective force on crystallization of like-charged colloidal particles2017

    • Author(s)
      Y. Tamura, A. Suematsu, A. Yoshimori, R. Akiyama
    • Organizer
      11th Mini Symposium on liquids

URL: 

Published: 2018-12-17  

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