2020 Fiscal Year Research-status Report
生体分子モーターの内部で起きる非平衡散逸の定量と数理モデル解析
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18K03564
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
有賀 隆行 山口大学, 大学院医学系研究科, 准教授(特命) (30452262)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 生体分子モーター / エネルギー変換 / １分子計測・操作 / 非平衡物理学 / 生物物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体内で荷物を運ぶキネシンは、化学エネルギーを力学的な仕事へと変換する分子モーターである。その運動機構の理解の進展とは裏腹に、エネルギー変換の理解は進んでいなかった。私は、これまでの研究で1分子キネシンの力学操作と応答計測を行い、キネシンの運動に伴う非平衡散逸を定量した。その結果、入力された化学エネルギーの大部分が、計測プローブからは見えない形で、キネシン分子の内部から散逸されていることを新たに見いだした。本研究では、その未知の内部散逸がどう生み出されるのか、キネシンの分子内部でのエネルギーの流れの定量的な理解を目的として研究を行ってきた。
昨年度までに、実験結果からの要請を満たしつつ局所詳細釣り合いの条件を組み込んだ、キネシンの新しい理論モデルを構築してきた。本年度はそのモデルをさらに発展させ、京都大学との共同研究を通じてキネシンの確率過程模型の解釈を行い、その成果を物理学会にて発表を行った。
本年度は、本課題と並行して実施している外力ゆらぎによるキネシンの運動の応答の実験結果について、本課題で得られた数理モデルを適用して検証を行った。すると、大きな外力ゆらぎに対しては空回りするような事象が明らかになり、モデルのさらなる改良が必要なことが明らかになった。
今後は、近年明らかになったキネシンが微小管から解離する時のスリップ現象なども取り込みつつ、数理モデルの改良を進めるとともに、キネシンを用いたエネルギー入出力定量実験を進め、その結果と数理モデルによる検証を比較しながら、キネシンの内部で起きる非平衡散逸の実体を明らかにしていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
数理モデル研究に関しては、概要に述べた極端に高い外力下という例外を除き様々な実験結果をうまく説明でき、順調に進んでいた。一方、予定していた実験研究については、コロナ渦の影響に加えて、本課題と並行して行っている外力ゆらぎ応答の実験に集中していたため少々の遅れが見られている。そこで研究実施期間を延長して、本研究で確立した数理モデルから得られる知見を活用しつつ、内部散逸の定量を行っていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、近年明らかになったキネシンが微小管から解離する時のスリップ現象なども取り込みつつ、数理モデルの改良を進めるとともに、キネシンを用いたエネルギー入出力定量実験を進め、その結果と数理モデルによる検証を比較しながら、キネシンの内部で起きる非平衡散逸の実体を明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
当初の計画では、キネシンの実験と並行して理論構築を行う予定であったが、初年度に研究実施機関の変更があり、実験計測装置の再構築が必要となったため、実験研究の進捗に遅れがでている。一方で理論構築の方ではそれ以上に進んだ成果が得られたため、その後はそちらに集中して研究を推進することとなった。理論研究にはあまり予算を必要としないため、装置改良や実験の実施に用いる予定であった使用額の使用には遅れがでてしまった。そこに本年度のコロナ渦の影響が重なり、実験研究に大幅な遅れが出てしまった。そこで研究実施期間を延長し、本来予定されていた装置改良や実験の実施に関わる予算として使用する。
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Research Products
(4 results)
