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2011 年度 実施状況報告書

分子系の引き込み現象発現可能性に関する理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 23655101
研究機関金沢大学

研究代表者

長尾 秀実  金沢大学, 数物科学系, 教授 (30291892)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2013-03-31
キーワード自己組織化 / 引き込み現象 / 分子動力学シミュレーション / 高分子
研究概要

本年度は様々な条件下での二原子分子の引き込み現象の分子動力学シミュレーションによる研究を実施した。 粒子数一定、体積一定、温度一定の条件下でのシミュレーション結果からは、分子密度が均一な高温状態では二原子分子振動の引き込み現象の観測は困難であった。一方、低温状態では二原子分子がクラスター化して、一部の少数分子クラスター内では分子振動に引き込み現象が観測された。引き込み現象発現条件の解析は現在行っている。また、粒子数一定、圧力一定、温度一定条件下でのシミュレーション結果からは、一時的かつ一部分子の振動数の引き込み現象のようなものが観測されているが詳しい解析を実施している。このシミュレーションでは系の体積時間変化と分子振動との関係性に注目している。すなわち強制引き込み現象の発現が誘起されている可能性がある。 以上の結果から振動数の温度、圧力及び相互作用依存性に関する引き込み現象の臨界条件が示唆されるものの明確な根拠、証拠を見いだせていない。マクロサイズで起こる引き込み現象は「相互引き込み」と「強制引き込み」に分けられる。相互引き込みでは近傍の影響によるものや全体場の影響がその原因となる(同一の周波数に引き込まれる)。一方、強制引き込みでは外力がある大きさを超えると引き込み現象が起こる(外力の周波数に引き込まれる)。従って分子の引き込みに臨界条件がある場合には、強制引き込みであると判断できる。 シミュレーション結果の解析と数理モデル構築を試みた。分子動力学シミュレーションでは多数の分子を扱う多体系である。すなわち多数の非線形振動子の結合系に対応する。引き込み現象を起こす分子は、分子間相互作用の強弱、分子の振動位相の違いにより決まることが予想できる。現在、シミュレーション結果を再現し得る分子系の集団引き込み現象を表す数理モデルを構築している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の目的は分子レベルのミクロな世界で引き込み現象が現れるかどうかを観測・解析・検証することを目的としている。引き込み現象とは振動体同士が影響しあって起こる時間軸上の自己組織化ともいえる非線形現象である。蛍の同時発光現象や心臓細胞の律動等のマクロな世界で現れる引き込み現象が分子等のミクロな世界にも現れる可能性がある。平成23年度では分子動力学シミュレーションの実施により具体的なミクロな世界の二原子分子での引き込み現象を観測できたために順調に進展していると云える。また、ミクロな世界での引き込み現象はマクロな場合と違い恒久的なものではないのではないかという新しい見地も見いだしている。当初の計画通りに研究が進展している。ただし、予定していた学会に参加できなかったため、平成24年度に学会での報告を予定している。

今後の研究の推進方策

平成24年度は本研究計画の最終年度となる。今後の研究活動が遅れないように連携研究者達との連携をより密にしながら計画通りに実施する予定である。尚、平成23年度研究費においては予定していた学会参加のやむを得ない不参加により研究費使用計画と異なる。平成24年度では学会参加等で成果発表に使用する予定である。

次年度の研究費の使用計画

平成24年度ではこの研究の詳細な解析をもとに本研究をまとめる。そのために国際学会等での研究結果発表、研究作業補助としての謝金を中心に研究費を使用する予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Molecular dynamics studies of lipid bilayer with gramicidin A: effects of gramicidin A on membrane structure and hydrophobic match2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Taku Mizukami, Shuhei Kawamoto, Takeshi Miyakawa, Masashi Iwayama, Masako Takasu, Hidemi Nagao
    • 雑誌名

      International Journal of Quantum Chemistry

      巻: 112 ページ: 161-170

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solvation effect on the structural change of globular protein: a molecular dynamics study2012

    • 著者名/発表者名
      Taku Mizukami, Hiroaki Saito, Shuhei Kawamoto, Takeshi Miyakawa, Masako Takasu, Hidemi Nagao
    • 雑誌名

      International Journal of Quantum Chemistry

      巻: 112 ページ: 344-350

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cell penetrating peptide induces various deformations of lipid bilayer membrane: inverted micelle, double bilayer and trans-membrane2012

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Kawamoto, Takeshi Miyakawa, Masako Takasu, Ryota Morikawa, Tatsuki Oda, Hiroaki Saito, Shiroh Futaki, Hidemi Nagao
    • 雑誌名

      International Journal of Quantum Chemistry

      巻: 112 ページ: 178-183

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inverted Micelle Formation of Cell-Penetrating Peptide Studied by Coase-grained Simulation: Importance of Attractive Force between Cell-Penetrating Peptides and Lipid Head Group2011

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Kawamoto, Masako Takasu, Takeshi Miyakawa, Ryota Morikawa, Tatsuki Oda, Shiroh Futaki, Hidemi Nagao
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 134 ページ: 095103-1-6

    • 査読あり
  • [学会発表] Binding free energy of oxidized Azurin - reduced Cytochrome c551 Complex2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Saito, Masashi Iwayama, Taku Mizukami, Hidemi Nagao
    • 学会等名
      The Seventh Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VII)
    • 発表場所
      Waseda University (JAPAN)
    • 年月日
      September 4, 2011
  • [学会発表] 膜透過ペプチドによる脂質二重膜の4種類の変形

    • 著者名/発表者名
      川本周平, 高須昌子, 宮川毅, 森河良太, 小田竜樹, 齋藤大明, 二木史朗, 長尾秀実
    • 学会等名
      物理学会秋年会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      9月21日 2011年

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公開日: 2013-07-10  

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