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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

研究課題

研究課題/領域番号 18K03564
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
研究機関大阪大学 (2023)
山口大学 (2018-2022)

研究代表者

有賀 隆行  大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (30452262)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード生体分子モーター / 1分子計測・操作 / エネルギー変換 / 非平衡物理学 / 生物物理 / 生体物質の物理
研究成果の概要

細胞内で小胞を運ぶキネシンは、化学エネルギーを力学的な仕事へと変換する生体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。本研究では、私たちがこれまでの研究や他の課題で見出した、キネシンの内部散逸やゆらぎによる加速といった非自明な現象を説明する数理モデルの構築を行った。その結果、熱力学的な要請を満たしつつ、各種の実験結果を説明できるモデルの構築に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

エネルギーをいかにして効率よく利用するのかは、人類にとって重要な課題である。生物が作りだす小さな分子モーターは、環境の熱揺らぎを有効に使いながら化学的なエネルギーを力学的な仕事へと効率よく変換している。その仕組みを実験と理論を通じてミクロなスケールから理解することは、人類が今まで活用していなかったエネルギー利用の仕組みを、将来的に応用可能としうる意義を持つ。

報告書

(7件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 6件、 招待講演 11件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] Measuring fluctuating dynamics of sparsely crosslinked actin gels with dual-feedback nonlinear microrheology2023

    • 著者名/発表者名
      Nishizawa Kenji、Honda Natsuki、Inokuchi Shono、Ebata Hiroyuki、Ariga Takayuki、Mizuno Daisuke
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 108 号: 3 ページ: 034601-034601

    • DOI

      10.1103/physreve.108.034601

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 非熱的なゆらぎが分子モーターキネシンを加速させる2023

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行 , 立石圭人 , 富重道雄 , 水野大介
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 63 号: 2 ページ: 86-90

    • DOI

      10.2142/biophys.63.86

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 非熱的なゆらぎで加速する分子モーター2023

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 雑誌名

      月刊「細胞」

      巻: 55

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Noise-Induced Acceleration of Single Molecule Kinesin-12021

    • 著者名/発表者名
      Ariga Takayuki、Tateishi Keito、Tomishige Michio、Mizuno Daisuke
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 127 号: 17 ページ: 178101-178101

    • DOI

      10.1103/physrevlett.127.178101

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Feedback Microrheology in Soft Matter2021

    • 著者名/発表者名
      Kenji Nishizawa, Natsuki Honda, Masahiro Ikenaga, Shono Inokuchi, Yujiro Sugino, Takayuki Ariga, Daisuke Mizuno
    • 雑誌名

      arXiv preprint

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Noise-induced acceleration of single molecule kinesin-12020

    • 著者名/発表者名
      Ariga Takayuki、Tateishi Keito、Tomishige Michio、Daisuke Mizuno
    • 雑誌名

      arXiv preprint

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental and theoretical energetics of walking molecular motors under fluctuating environments2020

    • 著者名/発表者名
      Ariga Takayuki、Tomishige Michio、Mizuno Daisuke
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 12 号: 2 ページ: 503-510

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00684-7

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生体分子モーター・キネシンの“散逸”を計測する2019

    • 著者名/発表者名
      ARIGA Takayuki、TOMISHIGE Michio、MIZUNO Daisuke
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 59 号: 6 ページ: 300-304

    • DOI

      10.2142/biophys.59.300

    • NAID

      130007751043

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonequilibrium Energetics of Molecular Motor Kinesin2018

    • 著者名/発表者名
      Ariga Takayuki、Tomishige Michio、Mizuno Daisuke
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 121 号: 21 ページ: 218101-218101

    • DOI

      10.1103/physrevlett.121.218101

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 生体分子モーターキネシンのゆらぎと応答2024

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      非平衡系の物理
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 生体分子モーターキネシンのゆらぎによる加速現象2024

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      第3回 生命科学系3研究科合同セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 生体分子モーターキネシンのゆらぎによる加速現象2024

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Nonthermal fluctuations accelerate the biomolecular motor kinesin-12023

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ariga
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非熱的にゆらぐ細胞内環境に最適化する生体分子モーター2023

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      Workshop OT 2023 最適輸送とその周辺
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体分子モーターキネシンのエネルギー論とゆらぎによる加速現象2023

    • 著者名/発表者名
      有賀 隆行
    • 学会等名
      第10回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule energetics and nonthermal manipulation of molecular motor kinesin2022

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ariga
    • 学会等名
      2022 East Asian Single-Molecule Biophysics Symposium (EASMB 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分子モーターキネシン1のゆらぎ誘導加速現象2021

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行, 立石圭人, 富重道雄, 水野大介
    • 学会等名
      第59回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工的な疑似細胞内アクティブ環境 におけるキネシンの運動2021

    • 著者名/発表者名
      立石圭人, 有賀隆行
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Motion of molecular motors reflecting rheological properties in cells2021

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ariga
    • 学会等名
      The 2nd Joint Meeting of The European Society for Clinical Hemorheology and Microcirculation, The International Society for Clinical Hemorheology, and The International Society of Biorheology
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アクティブなゆらぎとキネシンの数理モデル2020

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      第10回分子モーター討論会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] キネシン1の運動と細胞骨格が生む無秩序なゆらぎ2020

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      第58回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Measuring Dissipation of a Molecular Motor, Kinesin-1, and the Mathematical Model Analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ariga
    • 学会等名
      The 1st Symposium on Molecular Engine
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アクティブ環境下でのキネシンの運動2020

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行,立石圭人,富重道雄,水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第 75 回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 確率過程模型によるキネシンの特徴付け2020

    • 著者名/発表者名
      西村和真,有賀隆行,伊丹將人,佐々真一
    • 学会等名
      日本物理学会 第 75 回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] キネシン(1)のエネルギー論と細胞内アクティブ環境2019

    • 著者名/発表者名
      有賀 隆行
    • 学会等名
      第9回分子モーター討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nonequilibrium Energetics of a walking motor kinesin-12019

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ariga
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子モーターキネシンの非平衡エネルギー論と細胞内アクティブ環境2018

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      理論と実験研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Energetics of molecular motor kinesin2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ariga, Michio Tomishige, Daisuke Mizuno
    • 学会等名
      International Conference on APEF 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonequilibrium energetics of single molecule motor, kinesin2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ariga, Michio Tomishige, Daisuke Mizuno
    • 学会等名
      10th Biennial Sigle Molecule Biophysics Conference
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生体分子モーターの非平衡エネルギー論 ~キネシンは効率の悪いモーターだった!?~2018

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      第2回岡崎発動分子科学セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体分子モーター・キネシンのエネルギー収支2018

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      第137回 福工大土曜談話会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] 有賀隆行 - メンバー - 1分子生物学研究室 - 大阪大学大学院生命機能研究科

    • URL

      https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/ueda/ariga.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 山口大学大学院医学系研究科 微生物学講座|有賀隆行

    • URL

      http://mb.med.yamaguchi-u.ac.jp/ariga/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
  • [備考] PRL論文公開・ニュースリリースしました

    • URL

      https://researchmap.jp/jomohjov5-2514524/#_2514524

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] 歩行型生体分子モーターのエネルギー入出力を解明

    • URL

      http://www.yamaguchi-u.ac.jp/weeklynews/2018/_7502.html

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2025-01-30  

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