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2010 年度 実績報告書

バクテリア氷核タンパク質と昆虫不凍タンパク質の類似性および相違性の計算科学研究

研究課題

研究課題/領域番号 21540423
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, 環境管理技術研究部門., 主任研究員 (90357682)

キーワード氷核タンパク質 / 不凍タンパク質
研究概要

平成22年度は、昨年度に引き続き氷核バクテリア水溶液からの氷の結晶成長実験を行うことにより、氷核タンパク質(INP)が吸着する結晶面指数および氷成長形態への作用機構の研究を実施した。本研究の結果、INPは氷{0001}ベーサル面へ選択的に吸着する可能性が極めて高く、そのためにベーサル面に垂直な方向の成長が著しく抑制されることがわかった。一方、INPはベーサル面に平行な方向の成長は著しく促進するが、その原因はベーサル面の成長抑制にともなう結晶化熱発生量の減少およびINPによる水分子配列秩序構造化の促進のどちらか(あるいは両方)であることがわかってきた。本研究結果のフェーズフィールドモデル計算による検証も行い、INPの氷結晶成長への影響の理解は深まってきている。
また、昨年度実施した昆虫不凍タンパク質(AFP)の氷表面吸着エネルギー計算に引き続き、本年度はAFPが吸着した氷成長界面の分子動力学(MD)シミュレーション研究を実施した。氷{10-10}プリズム面-水界面に対してシミュレーションを実施した結果、AFPのスレオニン配列面が界面の氷側に接触した吸着構造は周辺に氷が成長しても安定なままであることがわかった。以上の研究を実施したことより、氷成長界面へのAFP吸着構造およびそのINPの場合との違いが判明しつつある。
さらに、高圧力下での氷の成長形態を調べるMDシミュレーション研究を実施した。その結果、実験と同様にプリズム面を平坦ファセット面として持つ六角板成長形態が自発的に現れた。AFP存在下における氷成長形も同様な六角板形態である。したがって、今回実施したMDシミュレーションの方法は、AFP存在下での成長形態および分子レベル成長制御機構の異方性の解析にも利用できるものと思われる。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Growth mechanism of a hexagonal bipyramidal ice crystal in the presence of winter flounder antifreeze proteins2011

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹、古川義純
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Ice 2010

      ページ: 429-436

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A challenge to observe ice growth shape in molecular dynamics simulation2011

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Ice 2010

      ページ: 293-298

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Significant alternations in anisotropic ice growth rate induced by ice nucleation-active bacteria Xanthomonas Campestris2010

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹、サルバドール・ゼペダ、三浦均、古川義純
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 498 ページ: 101-106

    • 査読あり
  • [学会発表] 高圧下における氷結晶成長の分子動力学シミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹
    • 学会等名
      日本物理学会2010年秋季大会
    • 発表場所
      大阪府立大学(大阪)
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] Growth shape of nanoscale hexagonal ice crystal : a molecular dynamics study2010

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹
    • 学会等名
      12^<th> International Conference on the Physics and Chemistry of Ice
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      2010-09-10
  • [学会発表] Anisotropic growth rate of ice in the presence of ice nucleation-active bacteria2010

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹、サルバドール・ゼペダ、三浦均、古川義純
    • 学会等名
      12^<th> International Conference on the Physics and Chemistry of Ice
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      2010-09-09
  • [学会発表] Growth inhibition mechanism of ice by antifreeze protein : a molecular dynamics study2010

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹,古川義純
    • 学会等名
      12^<th> International Conference on the Physics and Chemistry of Ice
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      2010-09-07
  • [学会発表] Growth mechanism of tetrahydrofuran clathrate hydrate2010

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹
    • 学会等名
      12^<th> International Conference on the Physics and Chemistry of Ice
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      2010-09-06
  • [学会発表] Ice growth shape analyzed by molecular dynamics simulation2010

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹
    • 学会等名
      16^<th> International Conference on Crystal Growth
    • 発表場所
      北京国際コンベンションセンター(北京)
    • 年月日
      2010-08-10
  • [学会発表] Growth mechanism of tetrahydrofuran clathrate hydrate : a molecular dynamics study2010

    • 著者名/発表者名
      灘浩樹
    • 学会等名
      ACAM-CECAM Workshop on Molecular Simulation of Clathrate Hydrates
    • 発表場所
      University College Dublin(ダブリン)
    • 年月日
      2010-05-06

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公開日: 2012-07-19  

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