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DNA分子鎖の高次構造の相転移現象に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 08044069
研究種目

国際学術研究

配分区分補助金
応募区分共同研究
研究分野 生物物理学
研究機関名古屋大学

研究代表者

吉川 研一  名古屋大学, 大学院・人間情報学研究科, 教授 (80110823)

研究分担者 VASILEVSKAYA バレンチナ  ロシア科学アカデミー, ネスメヤノB有機素子化合物研究所, 上級研究員
KHOKHLOV A.R  ロシア科学アカデミー, ネスメヤノフ有機素子化合物研究所, 教授
熊沢 紀之  茨城大学, 工学部, 助教授 (70137256)
VASILEVSKAYA バレンチナ ヴィ  ロシア科学アカデミー, ネスメヤノフ有機素子化合物研究所, 上級研究員
VASILEVSKAYA バレンチナ ヴイ  ロシア科学アカデミー, ネスメヤノフ有機素子化合物研究所, 上級研究員
松沢 有希子  豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (10273335)
研究期間 (年度) 1996 – 1997
研究課題ステータス 完了 (1997年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
1997年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
1996年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
キーワード長鎖DNA / 一次相転移 / モンテカルロ・シミュレーション / コイル-グロビュール転移 / 分子内相分離 / 蛍光顕微鏡 / 単分子観察 / 荷電高分子 / 単分子凝縮 / モンテカルロシミュレーション / 単分子備品
研究概要

本研究費交付期間中における目的はDNA分子の相転移のメカニズムの解明と、その高次構造制御の方法論の確立であった。具体的には既に発見していた単一高分子鎖の相転移挙動を実験・理論両面からさらに追究するとともに、その相転移現象と関連させることにより、高分子鎖の折り畳みの制御の方法を確立することを目指した。
本研究の主要な成果は次の6点に集約される。1.長鎖DNAの単分子結晶の形成過程を溶液中での直接観察によって捉え、それが核形成・核成長の一次相転移プロセスであることを明らかにした。2.さらにそのダイナミクス及び、グロビュール状態の微細構造をモンテカルロ・シミュレーションによって理論的に再現することに成功した。3.結晶形成の速度論に関する理解に加え、結晶の平衡論的な安定条件を理論的に予測し、実験によって検証を行なった。4.多価カチオンによる凝縮転移に対し実験・理論の両面からアプローチすることによりDNAのコイル-グロビュール転移においては対イオンの並進エントロピーが大きく寄与していることを明らかにした。5.凝縮状態DNAの構造に分子内相分離を引き起こす凝縮剤を同定した。6.長鎖DNAの高次構造に溶液の履歴を反映した制御が観測される具体的現象を特定し、その効果の原因として、共存化学種のDNAへの競争的結合の速度過程と、系の自由エネルギーの多重安定性とが関係することを理論的に検討し実験との定性的な一致を得た。
本研究費交付期間中に得られた上述の知見によって、相転移現象の動因に対する理論的理解が一段と深まったことに加え、相転移を通じて形成される構造の制御に関しても、実験と理論の両面が新しい地平を拓くこととなった。

報告書

(3件)
  • 1997 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1996 実績報告書
  • 研究成果

    (71件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (71件)

  • [文献書誌] K.Yoshikawa: "Marked Discreteness on the coil-globule transition of single duplex-DNA" Ber.Bunsenges.Phys.Chem.100. 876-880 (1996)

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  • [文献書誌] K.Yoshikawa: "Nucleation and Growth in Single DNA Molecules" J.Am.Chem.Soc.118. 929-930 (1996)

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  • [文献書誌] H.Noguchi: "Self Organized Nanostructure Constructed with a Single Polymer Chain" Chem.Phys.Lett.261. 527-533 (1996)

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  • [文献書誌] M.Ueda: "Phase Discrete Transition and Phase Segregation in a Single Double-Stranded DNA Molecule" Phys.Rev.Lett.77. 2133-2136 (1996)

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  • [文献書誌] S.Kidoaki: "The Folded State of Long Duplex-DNA Chain Reflects Its Solution History" Biophys.J.71. 932-939 (1996)

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  • [文献書誌] Y.Yoshikawa: "Folding and Aggregation of DNA Chains Induced by Complexation with Lipospermine:Formation of a Nuclesome-Like Structure and Network Assembly" FEBS Lett.396. 71-76 (1996)

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  • [文献書誌] Y.Yoshikawa: "Daunomycin Unfolds Compactly Packed DNA" Biophys.Chem.61. 93-100 (1996)

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  • [文献書誌] S.G.Starodoubtsev: "Intrachain Setregation in Single Giant DNA Molecules Induced by poly(2-vinylpyrrolidone)" J.Phys.Chem.100. 19702-19705 (1996)

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  • [文献書誌] V.V.Vasilevskaya: "Structure of Collapsed Persistent Macromolecule:Toroids vs.Spherical Globule" Biopolymers. 41. 51-60 (1997)

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  • [文献書誌] S.M.Melnikov: "Folding of Long DNA Chains in the presence of distearyldimethylammonium Bromide and Unfolding Induced by Neutral Liposomes" J.Chem.Soc.93. 283-288 (1997)

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  • [文献書誌] S.M.Melnikov: "First-Order Phase Transition in Large Single Duplex DNA Induced by a Nonionic Surfactant" Biochem.Biophys.Res.Commun.230. 514-517 (1997)

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  • [文献書誌] N.Emi: "Gene Transfer Mediated by Polyarginine Requires a Formation of Big Carrier-Complex of DNA Aggregate" Biochem.Biophys.Res.Commum.231. 421-424 (1997)

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  • [文献書誌] E.Y.Kramarenko: "Collapse of Polyelectrolyte Macromolecules Revisited" Macromolecules. 30. 3383-3388 (1997)

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  • [文献書誌] K.Yoshikawa: "Complexity in a Molecular String:Hierchical Structure as Is Exemplified in a DNA Chain" Complexity and Diversity,Springer. 81-90 (1997)

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  • [文献書誌] S.M.Melnikov: "Cooperativity or phase transition?Unfolding transition of DNA cationic surfactant complex" J.Chem.Phys.107. 6917-6924 (1997)

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  • [文献書誌] K.Yoshikawa: "Highly Effective Compaction of Long Duplex DNA Polyethylene Glycol with Pendant Amino Groups" J.Am.Chem.Soc.119. 6473-6477 (1997)

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  • [文献書誌] H.Noguchi: "First-order phase transition in a stiff polymer chain" Chem.Phys.Lett.230. 184-188 (1997)

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  • [文献書誌] M.Takahashi: "Discrete Coil-Globule Transition of Single duplex DNAs Induced by Polyaminese" J.Phys.Chem.B. 101. 9396-9401 (1997)

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  • [文献書誌] Y.Yamasaki: "Higher Order Structure of DNA Controlled by the Redox State of Fe2+/Fe3+" J.Am.Chem.Soc.119. 10573-10578 (1997)

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  • [文献書誌] M.Ueda: "Stretching of Long DNA under Alternating Current Electric Fields in a Concentrated Polymer Solution" Polym.J.29. 1040-1043 (1997)

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  • [文献書誌] K.Yoshikawa: "Folding transition in single long duplex DNA cahin" Progr.Colloid.Polym.Sci.106. 204-208 (1997)

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  • [文献書誌] S.M.Melnikov: "Cooperation between salt induced globule-coil transition in single duplex DNA complexed with cationic surfactant and sphere-rod transition of surfactant micelles" Progr.Colloid.Polym.Sci.106. 209-214 (1997)

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  • [文献書誌] Y.Ichiba: "Single Chain Observation on Collapse Transition in Giant DNA Induced by Negativery-Charged Polymer" Biochem.Biophys.Res.Commum.242. 441-445 (1998)

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  • [文献書誌] K.Yoshikawa: ""Marked Discreteness on the coil-globule transition of single duplex-DNA"" Ber.Bunsenges.Phys.Chem.Vol.100. 876-880 (1996)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yoshikawa: ""Nucleation and Growth in Single DNA Molecules"" J.Am.Chem.Soc.Vol.118. 929-930 (1996)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Noguchi: ""Self Organized Nanostructure Constructed with a Single Polymer Chain"" Chem.Phys.Lett.Vol.261. 527-533 (1996)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ueda: ""Phase Discrete Transition and Phase Segregation in a Single Double-Stranded DNA Molecule"" Phys.Rev.Lett.Vol.77. 2133-2136 (1996)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kidoaki: ""The Folded State of Long Duplex-DNA Chain Reflects Its Solution History"" Biophys.J.Vol.71. 932-939 (1996)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Yoshikawa: ""Folding and Aggregation of DNA Chains Induced by Complexation with Lipospermine : Formation of a Nuclesome-Like Structure and Network Assembly"" FEBS Lett.Vol.396. 71-76 (1996)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Yoshikawa: ""Daunomycin Unfolds Compactly Packed DNA"" Biophys.Chem.Vol.61. 93-100 (1996)

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  • [文献書誌] S.G.Starodoubtsev: ""Intrachain Setregation in Single Giant DNA Molecules Induced by Poly (2-vinylpyrrolidone) "" J.Phys.Chem.Vol.100. 19702-19705 (1996)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] V.V.Vasilevskaya: ""Structure of Collapsed Persistent Macromolecule : Toroids vs.Spherical Globule"" Biopolymers. Vol.41. 51-60 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.M.Mel'nikov: ""Folding of Long DNA Chains in the presence of distearyldimethylammonium Bromide and Unfolding Induced by Neutral Liposomes"" J.Chem.Soc., Faraday Trans.Vol.93. 283-288 (1997)

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  • [文献書誌] S.M.Mel'nikov: ""First-Order Phase Transition in Large Single Duplex DNA Induced by a Nonionic Surfactant"" Biochem.Biophys.Res.Commun.Vol.230. 514-517 (1997)

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  • [文献書誌] N.Emi: ""Gene Transfer Mediated by Polyarginine Requires a Formation of Big Carrier-Complex of DNA Aggregate"" Biochem.Biophys.Res.Commum.Vol.231. 421-424 (1997)

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  • [文献書誌] E.Y.Kramarenko: ""Collapse of Polyelectrolyte Macromolecules Revisited"" Macromolecules. Vol.30. 3383-3388 (1997)

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  • [文献書誌] K.Yoshikawa: ""Complexity in a Molecular String : Hierchical Structure as Is Exemplified in a DNA Chain"" Complexity and Diversity, Springer. 81-90 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.M.Mel'nikov: ""Cooperativity or phase transition? Unfolding transition of DNA cationic surfactant complex"" J.Chem.Phys.Vol.107. 6917-6924 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yoshikawa: ""Highly Effective Compaction of Long Duplex DNA Polyethylene Glycol with Pendant Amino Groups"" J.Am.Chem.Soc.Vol.119. 6473-6477 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Noguchi: ""First-order phase transition in a stiff polymer chain"" Chem.Phys.Lett.Vol.278. 184-188 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Takahashi: ""Discrete Coil-Globule Transition of Single duplex DNAs Induced by Polyamines"" J.Phys.Chem.B. Vol.101. 9396-9401 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Yamasaki: ""Higher Order Structure of DNA Controlled by the Redox State of Fe2+/Fe3+"" J.Am.Chem.Soc.Vol.119. 10573-10578 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ueda: ""Stretching of Long DNA under Alternating Current Electric Fields in a Concentrated Polymer Solution"" Polym.J.Vol.29. 1040-1043 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yoshikawa: ""Folding transition in single long duplex DNA cahin"" Progr.Colloid.Polym.Sci.Vol.106. 204-208 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.M.Mel'nikov: ""Cooperation between salt induced globule-coil transition in single duplex DNA complexed with cationic surfactant and sphere-rod transition of surfactant micelles"" Progr.Colloid.Polym.Sci.Vol.106. 209-214 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.G.Starodoubtsev: ""Conformational Transition of Large Duplex T4 DNA Embedded in Poly (acrylamide) Gel"" Langmuir. Vol.14. 214-217 (1998)

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  • [文献書誌] Y.Ichiba: ""Single Chain Observation on Collapse Transition in Giant DNA Induced by Negativery-Charged Polymer"" Biochem.Biophys.Res.Commun.Vol.242. 441-445 (1998)

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  • [文献書誌] Y.Yoshikawa: "Folding and Aggregation of DNA Chains Induced by Complexation with Lipospermine:Formation of a Nuclesome-Like Structure and Network Assembly" FEBS Lett.396. 71-76 (1996)

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      1997 実績報告書
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  • [文献書誌] V.V.Vasilevskaya: "Structure of Collapsed Persistent Macromolecule:Toroids vs.Spherical Globule" Biopolymers. 41. 51-60 (1997)

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  • [文献書誌] S.M.Mel'nikov: "Folding of Long DNA Chains in the presence of distearyldimethylammonium Bromide and Unfolding Induced by Neutral Liposomes" J.Chem.Soc.93. 283-288 (1997)

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  • [文献書誌] S.M.Mel'nikov: "First-Order Transition Large Single Duplex DNA Induced by a Nonionic Surfactant" Biochem.Biophys.Res.Commun.230. 514-517 (1997)

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  • [文献書誌] S.M.Mel'nikov: "Cooperation between salt induced globule-coil transition in single duplex DNA complexed with cationic surfactant and sphere-rod transition of surfactant micelles" Progr.Colloid.Polym.Sci.106. 209-214 (1997)

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公開日: 1996-04-01   更新日: 2016-04-21  

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