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多価カチオン媒介型実効引力に注目した蛋白質溶液の相挙動と動的秩序構造制御機構

公募研究

研究領域生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
研究課題/領域番号 16H00774
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関九州大学

研究代表者

秋山 良  九州大学, 理学研究院, 准教授 (60363347)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード同符号電荷間引力 / 相挙動 / 電解質溶液 / 統計力学理論 / 液体の積分方程式理論 / 酸性蛋白質 / 荷電生体分子 / 多価カチオン / 多価カチオン媒介型実効引力 / アクチン / トレッドミル運動 / 酸性タンパク質 / 多価カチオン媒介引力 / タンパク質凝集体 / 強結合系 / 荷電コロイド粒子
研究実績の概要

同符号荷電巨大分子間実効相互作用の理論的研究をおこなってきた。例えば、酸性蛋白質の様な負に帯電したタンパク質分子間にもカチオンを介した強い引力の発生可能性について検討していた。この同符号電荷間の実効引力は電解質濃度が特定の濃度でのみ発生する。それらの性質は、統計力学理論を使うことで再現できていた。
今年度の結果としては、これまでのモデルでは荷電巨大分子の凝集体が大きく成長しないことがわかった事がある。これは、荷電巨大分子が近距離に接している場合には強い引力が働いても、それより遠距離部分で長距離の実効斥力が働くからである。また、その同符号巨大分子の凝集を阻害する要素(長距離実効斥力)を除去した相図の計算結果は、実験で観察されるリエントラントな凝集挙動を示していた。
そこで、モデルの問題点に対して再検討を行った。その結果、現実系では蛋白質表面の負に帯電した解離基が引力パッチであると仮定すると多くの矛盾が解消される事がわかった。同符号巨大分子の凝集を阻害する長距離の実効斥力が、多価カチオンを含む電解質溶液の場合にはクーロン斥力遮蔽能力により除去され、実験で観察される様なリエントラントな凝集挙動が現れると予想される結果を得た。また、この仮定をおけば、多価カチオンのみで実効引力が見られ、従来あった実験と理論計算結果の食い違いも解消する。
これまでの研究結果の論文発表を行いつつ、現在は密度汎関数理論と摂動理論を用いた相図に関する研究結果、および酸性蛋白質表面上の引力パッチ間の実効相互作用に関する積分方程式理論の計算研究結果、さらに、実効相互作用の間接効果への分解によるリエントラント挙動の説明の研究結果を論文にまとめ投稿直前の状態である。また、凝集対の構造を制御するシミュレーションをスタートしようとして準備を進めている。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Theoretical approaches for dynamical ordering of biomolecular systems2018

    • 著者名/発表者名
      Okumura Hisashi、Higashi Masahiro、Yoshida Yuichiro、Sato Hirofumi、Akiyama Ryo
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta(BBA) - General Subjects

      巻: 1862 号: 2 ページ: 212-228

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2017.10.001

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Basic Cell Size Dependence of Displacement for a Solvation Motor in a Lennard-Jones Solvent2018

    • 著者名/発表者名
      Tokunaga Ken, Akiyama Ryo
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 17 号: 1 ページ: 80-84

    • DOI

      10.2477/jccj.2018-0004

    • NAID

      130006555812

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stick boundary condition at large hard sphere arising from effective attraction in binary hard-sphere mixtures2018

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Yuka, Yoshimori Akira, Akiyama Ryo, Yamaguchi Tsuyoshi
    • 雑誌名

      THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS

      巻: 148 号: 12 ページ: 124502-124502

    • DOI

      10.1063/1.5025202

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Isotactic poly(4-methyl-1-pentene) melt as a porous liquid: Reduction of compressibility due to penetration of pressure medium2017

    • 著者名/発表者名
      Chiba Ayano、Inui Masanori、Kajihara Yukio、Fuchizaki Kazuhiro、Akiyama Ryo
    • 雑誌名

      THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS

      巻: 146 号: 19 ページ: 194503-194503

    • DOI

      10.1063/1.4983508

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrostatic double-layer interaction between stacked charged bilayers2017

    • 著者名/発表者名
      Hishida Mafumi, Nomura Yoko, Akiyama Ryo, Yamamura Yasuhisa, Saito Kazuya
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW E

      巻: 96 号: 4 ページ: 040601-040601

    • DOI

      10.1103/physreve.96.040601

    • NAID

      120007134697

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of interactions between depletants in phase diagrams of binary hard-sphere systems2016

    • 著者名/発表者名
      A. Suematsu, A. Yoshimori and R. Akiyama
    • 雑誌名

      EPL (Europhysics Letters)

      巻: 116 号: 3 ページ: 38004-38004

    • DOI

      10.1209/0295-5075/116/38004

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 多価カチオンを含む電解質中におけるタンパク質表面の負に帯電した酸素間の実行相互作用2018

    • 著者名/発表者名
      末松安由美、菱田真史、秋山良
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 溶媒の密度分布で決まる粒子表面の境界条件2018

    • 著者名/発表者名
      中村有花, 吉森明, 秋山良, 山口毅
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 荷電脂質膜が作る多重層ベシクルの表面電位2018

    • 著者名/発表者名
      菱田真史, 秋山良, 山村泰久, 齋藤一弥
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 荷電コロイド粒子の結晶化に影響する平均力ポテンシャルの斥力2018

    • 著者名/発表者名
      田村雄大, 末松安由美, 吉森明, 秋山良
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Effective attraction between negatively charged oxygen atoms on protein surface in an electrolyte solution2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Akiyama, Ayumi Suematsu
    • 学会等名
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第6回国際シン ポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 蛋白質の結晶化に対する理論的手法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      田村雄大、吉森明、末松安由美、秋山良
    • 学会等名
      「水和とATPエネルギー」研究会
    • 発表場所
      秋保、仙台
    • 年月日
      2017-03-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] SIMULATIONS OF LIKE-CHARGED MACROIONS IN AN ELECTROLYTE SOLUTION BASED ON THE EFFECTIVE INTERACTION2017

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Suematsu, Ryo Akiyama
    • 学会等名
      The 5 th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
    • 発表場所
      Universiry of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2017-01-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 2成分剛体球系での固体表面への分子吸着における活性化自由エネルギー及び吸着量のモル分率依存性2017

    • 著者名/発表者名
      大島 章生、秋山 良
    • 学会等名
      凝縮系の理論化学2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 統計力学的手法による2成分剛体球系の相挙動の研究2017

    • 著者名/発表者名
      末松安由美、吉森輝、秋山良
    • 学会等名
      凝縮系の理論化学2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Selectivity of large hard sphere on a hard wall immersed in binary hard-sphere fluid2017

    • 著者名/発表者名
      Akio Oshima, Ayano Chiba, Ryo Akiyama
    • 学会等名
      The 10th Liquid Matter Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effective potential and crystallization by depletion effect in binary hard-sphere systems2017

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Suematsu, Akira Yoshimori, Ryo Akiyama
    • 学会等名
      The 10th Liquid Matter Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Statistical Mechanics Study of Reentrant Phase Behavior of Proteins in an Electrolyte Solution2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Akiyama
    • 学会等名
      The 17th KIAS Conference on Protein Structure and Function
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exclusion of coions from space between two macroions in an electrolyte solution: the charge dependence2017

    • 著者名/発表者名
      A. Suematsu, R. Akiyama and M. Hishida
    • 学会等名
      11th Mini Symposium on liquids
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] System Size Dependence of the Motion of Solvation Motor2017

    • 著者名/発表者名
      Ken Tokunaga, Ryo Akiyama
    • 学会等名
      11th Mini Symposium on liquids
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Short and long range effects of an effective ectiveg range effects of an effective force on crystallization of like-charged colloidal particles2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Tamura, A. Suematsu, A. Yoshimori, R. Akiyama
    • 学会等名
      11th Mini Symposium on liquids
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] マクロアニオン間の実効相互作用と凝集挙動2017

    • 著者名/発表者名
      秋山良
    • 学会等名
      「水和とATPエネルギー」研究会
    • 発表場所
      秋保、仙台
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 空隙のある高分子結晶P4MP1およびsPSへの分子吸蔵(II)2017

    • 著者名/発表者名
      千葉文野、折戸朗子、秋山良
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス、大阪
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Appearance and Disappearance of Strong Attraction between Negatively Charged Macromolecules in an Electrolyte Solution2016

    • 著者名/発表者名
      Ryo Akiyama
    • 学会等名
      The 4th International Kyushu Colloid Colloquium
    • 発表場所
      Kyusyu University, Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2016-09-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 巨大分子を使った寄木細工の為の方針の2つ2016

    • 著者名/発表者名
      秋山良
    • 学会等名
      『分子を使った寄せ木細工』:自己組織化したソフトマテリアルが織り成す『かたち』と機能
    • 発表場所
      島根大学教育学部(島根県松江市)
    • 年月日
      2016-05-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電解質溶液中で働く強い同符号荷電間実効引力の理論的研究とタンパク質の凝集挙動2016

    • 著者名/発表者名
      秋山良
    • 学会等名
      福岡大学化学科談話会
    • 発表場所
      福岡大学(福岡市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] HNC-OZ理論による電解質溶液中同符号コロイド粒子間相互作用に基づくモンテカルロシミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      末松安由美、秋山良
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 空隙のある高分子結晶P4MP1およびsPSへの分子吸蔵2016

    • 著者名/発表者名
      千葉文野、 秋山良
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Radial distribution function of interaction between the charged colloid particles obtained by the Montecarlo simulation using effective interaction calculated by the HNC-OZ theory2016

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Suematsu, Ryo Akiyama
    • 学会等名
      The 10th Mini-Symposium on Liquids
    • 発表場所
      Okayama University, Okayama, Japan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 積分方程式理論で計算した電解質溶液中の同符号荷電粒子間実効相互作用2016

    • 著者名/発表者名
      秋山良
    • 学会等名
      第6回ソフトマター研究会
    • 発表場所
      北海道大学、札幌
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular simulation of macroanions in an electrolyte solution based on the effective potential2016

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Suematsu, Ryo Akiyama
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場、つくば
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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