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不凍糖タンパク質による水の結晶化抑制機構の分子動力学研究

研究課題

研究課題/領域番号 17540385
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理・化学物理
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

灘 浩樹  独立行政法人産業技術総合研究所, 環境管理技術開発部門, 主任研究員 (90357682)

研究分担者 古川 義純  北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20113623)
研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
2006年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2005年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
キーワード不凍タンパク質 / 氷結晶 / 結晶成長 / 分子動力学 / 不凍糖タンパク質
研究概要

不凍糖タンパク質による水の結晶化抑制機構を分子レベルで明らかにすることを目的として分子動力学シミュレーションおよび結晶成長実験を実施し、それらの結果を比較・検討することにより結晶化抑制機構の物理的本質を考察した。本研究により得られた成果の概要は次の通りである。
1.シンプルな構造を持つ代表的な不凍タンパク質が吸着した氷-水界面の大規模分子動力学シミュレーションを実施し、氷ピラミッド界面に安定吸着したタンパク質周辺において起こった氷の成長抑制機構を解析した。成長抑制は、吸着タンパク質周辺に成長した氷が曲率を持つことに起因した融点降下によるものであることがわかった。
2.不凍タンパク質の氷界面吸着の安定性は、吸着の相互作用エネルギーの大きさだけでなく、タンパク質の構造と周辺に成長した氷の構造とのマッチングにも強く依存することがわかった。また、タンパク質と周辺水分子間に働く疎水性相互作用も安定吸着に大きく寄与していることがわかった。
3.不凍糖タンパク質水溶液からの氷の結晶成長実験により、不凍糖タンパク質がシンプルな不凍タンパク質と同様に氷ピラミッド面の成長を強く抑制することがわかった。
4.シミュレーション結果と実験結果より、不凍糖タンパク質による水の結晶化抑制の本質は氷ピラミッド界面に安定吸着したタンパク質周辺に成長する氷の融点降下によるものであると結論付ける。
本研究のシミュレーションによりその詳細な機構が分子レベルで初めて明らかになったものと結論付ける。

報告書

(3件)
  • 2006 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (23件)

  • [雑誌論文] Growth kinetics on interfaces between a {20-21} plane of ice and water investigated by molecular dynamics simulation2007

    • 著者名/発表者名
      灘 浩樹
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Ice (Royal Society of Chemistry)

      ページ: 443-443

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mechanism of cage formation during growth of CH4 and Xe clathrate hydrates : a molecular dynamics study2007

    • 著者名/発表者名
      灘 浩樹
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Ice (Royal Society of Chemistry)

      ページ: 435-435

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 氷とガスハイドレートの結晶成長過程 : 分子動力学シミュレーション研究2007

    • 著者名/発表者名
      灘 浩樹
    • 雑誌名

      真空 50・4

      ページ: 276-276

    • NAID

      130000099465

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Diffusion, incorporation and segregation of antifreeze glycoproteins at the ice/solution interface2007

    • 著者名/発表者名
      Salvador Zepeda
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Ice (Royal Society of Chemistry)

      ページ: 669-669

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The temperature gradient metamorphism of snow : model first validations using x-ray microtomographic images2007

    • 著者名/発表者名
      Frederic Flin
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Ice (Royal Society of Chemistry)

      ページ: 181-181

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] GROWTH PROCESSES OF ICE AND GAS CLATHRATE HYDRATES : MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION STUDIES2007

    • 著者名/発表者名
      H.NADA
    • 雑誌名

      JOURNAL OF VACUUM SOCIETY OF JAPAN 50

      ページ: 276-281

    • NAID

      130000099465

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Growth kinetics on interfaces between a {20-21} plane of ice and water investigated by molecular dynamics simulation2007

    • 著者名/発表者名
      灘 裕樹
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Ice (Royal Society of Chemistry)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanism of cage formation during growth of CH4 and Xe clathrate hydrates : a molecular dynamics study2007

    • 著者名/発表者名
      灘 裕樹
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Ice (Royal Society of Chemistry)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 氷とガスハイドレートの結晶成長過程:分子動力学シミュレーション研究2007

    • 著者名/発表者名
      灘 裕樹
    • 雑誌名

      真空 50

    • NAID

      130000099465

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Growth mechanism of a gas clathrate hydrate from a dilute aqueous gas solution : a molecular dynamics simulation of a three-phase system2006

    • 著者名/発表者名
      灘 浩樹
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B1l0・33

      ページ: 16526-16526

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 氷の結晶成長に関する分子シミュレーション研究2006

    • 著者名/発表者名
      灘 浩樹
    • 雑誌名

      日本結晶成長学会誌 33・1

      ページ: 59-59

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 氷の結晶成長機構を探る : 新しい水分子モデルの開発と分子動力学シミュレーション2006

    • 著者名/発表者名
      灘 浩樹
    • 雑誌名

      低温科学 64

      ページ: 77-77

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] GROWTH MECHANISM OF A GAS CLATHRATE HYDRATE FROM A DILUTE AQUEOUS GAS SOLUTION : A MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF A THREE-PHASE SYSTEM2006

    • 著者名/発表者名
      H.NADA
    • 雑誌名

      THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B110

      ページ: 16526-16534

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION STUDIES ON CRYSTAL GROWTH OF ICE2006

    • 著者名/発表者名
      H.NADA
    • 雑誌名

      JOURNAL OF JAPAN ASSOCIATION OF CRYSTAL GROWTH 33

      ページ: 59-66

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] COMPUTER SIMULATION STUDIES ON THE GROWTH KINETICS OF ICE : DEVELOPMENT OF A NEW H2O POTENTIAL MODEL AND MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS2006

    • 著者名/発表者名
      H.NADA, J.P.VAN DER EERDEN, Y.FURUKAWA
    • 雑誌名

      LOW TEMPERATURE SCIENCE 77-87

      ページ: 64-64

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Growth mechanism of a gas clathrate from a dilute aqueous gas solution : a molecular dynamics simulation of a three-phase system2006

    • 著者名/発表者名
      灘 裕樹
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B110・33

      ページ: 16526-16526

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 氷の結晶成長に関する分子動力学シミュレーション研究2006

    • 著者名/発表者名
      灘 浩樹
    • 雑誌名

      日本結晶成長学会誌 33巻・1号

      ページ: 59-66

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Anisotropy in growth kinetics at interfaces between proton-disordered hexagonal ice and water : a molecular dynamics study using the six-site model of H_2O2005

    • 著者名/発表者名
      灘 浩樹
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 283・1-2

      ページ: 242-242

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 氷点下でも凍らない魚-不凍タンパク質が氷の結晶成長を支配する-2005

    • 著者名/発表者名
      古川 義純
    • 雑誌名

      バイオニクス 3

      ページ: 64-64

    • NAID

      10016160756

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Growth patterns and interfacial kinetic supercooling at ice/water interfaces at which anti-freeze glycoprotein molecules are adsorbed2005

    • 著者名/発表者名
      古川 義純
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 275

      ページ: 167-167

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] ANISOTROPY IN GROWTH KINETICS AT INTERFACES BETWEEN PROTON-DISORDERED ICE AND WATER : A MOLECULAR DYNAMICS STUDY USING THE SIX-SITE MODEL OF H2O2005

    • 著者名/発表者名
      H.NADAAND, Y.FURUKAWA
    • 雑誌名

      JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH 283

      ページ: 242-256

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] UNFROZEN FISHES AT TEMPERATURES BELOW THE FREEZING POINT OF WATER : DOMINATION OF CRYSTAL GROWTH OF ICE BY ANTIFREEZE PROTEINS2005

    • 著者名/発表者名
      Y.FURUKAWA
    • 雑誌名

      BIONICS 3

      ページ: 56-58

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] GROWTH PATTERNS AND INTERFACIAL KINETIC SUPERCOOLING AT ICE/WATER INTERFACES AT WHICH ANTI-FREEZE GLYCO-PROTEIN MOLECULES ARE ADSORBED2005

    • 著者名/発表者名
      Y.FURUKAWA, N.INOHARA, E.YOKOYAMA
    • 雑誌名

      JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH 275

      ページ: 167-174

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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