| 研究課題/領域番号 |
21K03411
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 大阪電気通信大学 |
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研究代表者 |
柳田 達雄 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (80242262)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | ハミルトンダイナミクス / ホロノミック束縛 / ビーズスプリングモデル / 準平衡状態 / 多時間摂動論 / 遅い緩和 / 動的形態形成 / 分子モデル / 高分子 / 多時間摂動 / 分子形態 / 粗視化モデル / ダイナミクス / 局所運動 / 形状遷移 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
酵素反応のように，分子が機能を果たす際には分子内の特定部位の作用が重要となる.分子運 動の時間スケールにギャップがあると熱平衡への緩和が非常に遅く，内部運動に不均一性が生じることが明らかになってきた．タンパク質などの高分子は，共有結合・水素結合・ファンデルワー ルス力などの結合強度に起因する振動周期を持つため，多時間性を持つ系の典型である． 本研究は，高分子を粗視化したモデルを解析することにより：(I) 外界との相互作用による運動状態の遷移 (II) 局所刺激に起因する分子形状の変化 (III) 運動および形状に依存して構造転移する経路の生成機構を解明する．
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| 研究成果の概要 |
生体高分子を粗視化した力学モデルである質点がバネでつながった系（ビーズスプリングモデル）が創出するダイナミクスを数値および理論的に解明し，機能生成に重要と考えられる不均一運動状態や分子形態形成機構を明らかにした．１）ビーズスプリング分子に同位相で鎖状の分子間の振動を励起すると直線形態が安定化し，反位相で振動を励起すると屈曲形態が安定化することを理論的に示した．２）ビーズスプリング分子の結合バネを剛体棒に置換したモデルでは外側にある粒子と内側にある粒子の運動エネルギーの温度依存性を解析的に示した．３）多重振り子において固定端よりも末端の振り子の運動エネルギーが過大となることを解析的に示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
生化学反応は，ヘテロ結合した高分子が創出する非平衡で多時間スケールのダイナミクスである．特に，生体分子の揺らぎや局所的な運動が機能に密接に関連していることが古くから指摘されているが，このような非平衡ダイナミクスが生成される数理機構および機能との関係は解明されていない．本研究は，生化学反応などで見出されている「柔軟に運動状態を変化させる分子構造の要素」と「形状遷移を誘導する局所刺激」の数理的解明である．このような非平衡ダイナミクスが自律的に生み出される数理機構を多時間スケールの視点からの解明は，メタマテリアルや超分子などで見出されている逐次的に構造変化する物質設計の指針を与え得る．
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