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

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21540423
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 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)
• 連携研究者: 古川 義純 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20113623)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 結晶成長 / 計算物理 / 表面・界面 / 機能性分子 / 分子シミュレーション

研究概要

本研究では、バクテリアが持つ氷核タンパク質と昆虫不凍タンパク質の類似点および相違点を計算科学シミュレーション手法と結晶成長実験により調べた。その結果、類似点として、氷核タンパク質は不凍タンパク質と同様に氷結晶成長速度の異方性を劇的に変化させる性質があることがわかった。相違点として、氷核タンパク質は氷のベーサル面にのみ吸着するが、不凍タンパク質はベーサル面とプリズム面の両方に吸着する。結論として、どちらのタンパク質も氷結合性を持つが、それらの構造は互いに異なると思われる。

研究成果

• [雑誌論文] Antifreeze proteins : Computer simulation studies on the mechanism of ice growth inhibition (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹,古川義純
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: (印刷中)
  • DOI: DOI:10.1038/PJ.2012.13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth inhibition at the ice prismatic plane induced by a spruce budworm antifreeze protein : a molecular dynamics simulation study (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹,古川義純
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: Vol.13 ページ: 19936-19942
  • DOI: DOI:10.1039/C1CP21929D
  • 査読あり
• [雑誌論文] 不凍タンパク質による氷の成長抑制 (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 雑誌名: 理論と計算科学研究,冷凍 巻: Vol.86 ページ: 545-550
• [雑誌論文] Analysis of ice crystal growth shape under high pressure using molecular dynamics simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: Vol.11 ページ: 3130-3136
  • DOI: DOI:10.1021/CG2003904
  • 査読あり
• [雑誌論文] A challenge to observe ice growth shape in molecular dynamics simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Ice 巻: 2010 ページ: 293-298
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth mechanism of a hexagonal bipyramidal ice crystal in the presence of winter flounder antifreeze proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹,古川義純
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Ice 巻: 2010 ページ: 429-436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Significant alternations in anisotropic ice growth rate induced by ice nucleation-active bacteria Xanthomonas Campestris (2011)
  • 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: Vol.498 ページ: 101-106
  • DOI: DOI:10.1016/j.cplett.2010.08.062
  • 査読あり
• [学会発表] Ice Crystal Growth Controlled by Antifreeze Proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: NEPTIS-20
  • 発表場所: 大津プリンスホテル(滋賀)
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] 不凍タンパク質と氷核タンパク質共存下での氷の結晶成長 (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹, Salvador Zepeda,三浦均,古川義純
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城)
  • 年月日: 2011-11-03
• [学会発表] 不凍タンパク質の氷結晶界面吸着構造と分子レベル成長制御機構 (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹、古川義純
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山)
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] Significant alternations in anisotropic ice growth rate induced by bacterial ice-nucleating proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 1st International Ice-Binding Protein Conference
  • 発表場所: キングストン大学(カナダ)
  • 年月日: 2011-08-04
• [学会発表] Studies on mechanism of ice growth inhibition by antifreeze proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: The 5th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology
  • 発表場所: パンパシフィックシンガポールホテル(シンガポール)
  • 年月日: 2011-07-01
• [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 study (2010)
  • 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 bacteria (2010)
  • 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: 12th 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 study (2010)
  • 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 hydrate (2010)
  • 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 simulation (2010)
  • 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] 過冷却水中で成長する氷結晶の形態における結晶化潜熱の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 三浦均,灘浩樹,塚本勝男
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場(千葉)
  • 年月日: 2010-05-23
• [学会発表] Growth mechanism of tetrahydrofuran clathrate hydrate : a molecular dynamics study (2010)
  • 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
• [学会発表] 氷核活性バクテリア存在下での氷結晶成長速度の異方性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山)
  • 年月日: 2010-03-21
• [学会発表] バクテリア氷核タンパク質が氷の結晶成長に与える影響 (2009)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 第39回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 名古屋大学(名古屋)
  • 年月日: 2009-11-14
• [学会発表] 氷核活性バクテリア存在下での氷の結晶成長 (2009)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学(熊本)
  • 年月日: 2009-09-27
• [学会発表] An experimental study of ice growth in the presence of ice nucleation-active bacteria (2009)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: CRYO2009
  • 発表場所: 北海道大学(札幌)
  • 年月日: 2009-07-20