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2009 年度 実績報告書

複雑系反応過程における非平衡非定常性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20038038
研究機関奈良女子大学

研究代表者

戸田 幹人  奈良女子大学, 理学部, 准教授 (70197896)

キーワード非定常現象 / 時系列解析 / ウエーブレット変換 / 特異値分解 / 生体分子 / 強レーサー場 / 反応動力学 / 機能発現
研究概要

実在系における反応過程の中でも、特に大自由度複雑系である生体分子や炭素クラスターに対して、非定常非平衡反応過程の動力学を解析する手法を開拓した。非定常性を抽出するためにウエーブレット変換を用い、さらに重要な自由度に縮約するために特異値分解を適用することで、大自由度系の反応過程における重要な反応自由度の抽出を行った。この方法は非常に一般的に有効である。この手法を、アデニレートキナーゼにおける大変形運動の分子動力学データや、脂肪酸の代謝に関連するタンパク質1TIBの分子動力学データ、さらには強レーザー場中の炭素クラスター解離過程の動力学データの解析に適用して、その有効性を検証した。
アデニレートキナーゼでは、従来知られていた蝶番的な変形運動に加えて、2次構造が部分的に壊れる集団運動の可能性を指摘した。1TIBでは、ドッキング過程で重要となる集団運動の卓越性を示し、機能発現に関して近年提唱されたpopulation shift説の可能性を見出した。炭素クラスターでは、レーザー場中に置ける振動エネルギーの分配と再集中の過程を見出し、そのメカニズムを解明する端緒についた。
以上の時系列解析で重要な役割を果たす特異値分解に関しても、ランダム行列理論の立場から解析を行った。特にラゲール分布と固定跡分布に関して特異値の一体分布の厳密解を求め、数値計算との一致を確認した。これらのランダム行列理論は、時系列解析において、重要な自由度を抽出するために有用となることが予想される。実在系の反応過程に対する応用は今後の課題である。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (13件)

  • [雑誌論文] Ergodic Problems for Real Complex Systems in Chemical Physics2010

    • 著者名/発表者名
      T.Komatsuzaki, A.Baba, S.Kawai, M.Toda, J.E.Straub, R.S.Berry
    • 雑誌名

      Advances in Chemical Physics (To be published)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical Reaction Theory based on Geometric Structures in Phase Space2010

    • 著者名/発表者名
      S.Kawai, H.Teramoto, C-B Li, T.Komatsuzaki, M.Toda
    • 雑誌名

      Advances in Chemical Physics (To be published)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-Brownian Phase Space Dynamics of Molecules, the Nature of their Vibrational States, and non-RRKM Kinetics2010

    • 著者名/発表者名
      D.M.Leitner, A.Shojiguchi, M.Toda, Y.Matsunaga, C-B Li, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Advances in Chemical Physics (To be published)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Clustering the Temporal Sequences Feature of 3D Protein Structure2010

    • 著者名/発表者名
      M.Kamada, S.Kimura, M.Toda, M.Takata, K.Joe
    • 雑誌名

      Proceeding of the 2009 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and applications (To be published)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bifurcation of No-return Transition States in Many-body Chemical Reactions2009

    • 著者名/発表者名
      Chun-Biu Li, M.Toda, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 130

      ページ: 124116(7)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Random Matrix Theory of Singular Values of Rectangular Complex Matrices I : Exact Formula of One-Body Distribution Function in Fixed-Trace Ensemble2009

    • 著者名/発表者名
      S.Adachi, M.Toda, H.Kubotani
    • 雑誌名

      Ananls of Physics 324

      ページ: 2278-2358

    • 査読あり
  • [学会発表] タシパク質分子の分子動力学に対する時系列解析IV2010

    • 著者名/発表者名
      櫻井乃梨子、戸田幹人、渕上壮太郎, 木寺詔紀
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2010-03-21
  • [学会発表] タンパク質立体構造の動きに着目した時系列解析2010

    • 著者名/発表者名
      M.Kamada, M.Toda, M.Takata, K.Joe
    • 学会等名
      バイオ情報学研究発表会(BIO-20)
    • 発表場所
      北陸先端大学院大学
    • 年月日
      2010-03-04
  • [学会発表] Time series analysis of molecular dynamics simulation for protein2010

    • 著者名/発表者名
      N.Sakurai, M.Toda, S.Fuchigami, A.Kidera
    • 学会等名
      研究集会Sapporo Winter School 2010 for nonlinear nano-system science
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2010-02-17
  • [学会発表] タンパク質立体構造における揺らぎ解析2009

    • 著者名/発表者名
      M.Kamada, M.Toda, M.Takata, K.Joe
    • 学会等名
      特異値・固有値合同ワークショップ
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2009-11-21
  • [学会発表] Time Series Analysis of Molecular Dynamics Simulation for Protein2009

    • 著者名/発表者名
      N.Sakurai, M.Toda, S.Fuchigami, A.Kidera
    • 学会等名
      12th Japan-Slovenia Seminar on Nonlinear Science
    • 発表場所
      Maribor, Slovenia
    • 年月日
      2009-10-08
  • [学会発表] Universality in Dynamical Formation of Entanglement for Quantum Chaos2009

    • 著者名/発表者名
      M.Toda, S.Adachi, H.Kubotani
    • 学会等名
      12th Japan-Slovenia Seminar on Nonlinear Science
    • 発表場所
      Maribor, Slovenia
    • 年月日
      2009-10-07
  • [学会発表] タンパク質分子の分子動力学に対する時系列解析III2009

    • 著者名/発表者名
      櫻井乃梨子、戸田幹人、渕上壮太郎, 木寺詔紀
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2009-09-27
  • [学会発表] 高強度近赤外レーザーによるC60のモード選択的励起と解離制御に関する理論的研究2009

    • 著者名/発表者名
      新津直幸, 中井克典, 池田隼人, 戸田幹人, 河野裕彦
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2009-09-24
  • [学会発表] Dynamical Reaction Theory Based on Phase Space Structures2009

    • 著者名/発表者名
      M.Toda
    • 学会等名
      Mathematics of Chemical Reactivity
    • 発表場所
      Castro-Urdiales, Spain
    • 年月日
      2009-09-17
  • [学会発表] 大自由度力学系としての生体分子の運動2009

    • 著者名/発表者名
      戸田幹人
    • 学会等名
      双曲型力学系から大自由度力学系へ
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2009-08-20
  • [学会発表] Clustering the Temporal Sequences Feature of 3D Protein Structure2009

    • 著者名/発表者名
      M.Kamada, S.Kimura, M.Toda, M.Takata, K.Joe
    • 学会等名
      International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications(PDPTA'09)
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      2009-07-13
  • [学会発表] Fractional Behavior and Entanglement in Chaos2009

    • 著者名/発表者名
      M.Toda
    • 学会等名
      Nonlinear Dynamics in Quantum Systems
    • 発表場所
      Krasnoyarsk, Russia
    • 年月日
      2009-07-10
  • [学会発表] Dynamical Reaction Theory and Time Series Analysis2009

    • 著者名/発表者名
      M.Toda
    • 学会等名
      Chaos 2009 : Chaotic Modeling and Simulation
    • 発表場所
      Crete, Greece
    • 年月日
      2009-06-04

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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