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「生体分子モーターは、ゆらぎを利用して働く効率の良いモーターである」とはよく言われているが、実際に生体分子モーターが「ゆらぎを利用」することによって、「効率の良い」機能を発揮していることを、統合的に実証するまでには至っていない。本研究では、独自に開発した高速フィードバック制御を備えた光ピンセット装置を用いて、ゆらぎの整流作用に影響を与えることが示唆されている変異体キネシンの散逸を計測する。そして、「情報物理学」の視点を導入した数理モデルを構築し検証することを通じて、生体分子モーターのエネルギー変換におけるゆらぎの利用が、その変換効率にどう作用しているのかの理解を目指すものである。昨年度までに、数理モデルのパラメータ取得に必要となる蛍光1分子計測系の立ち上げを行い、まずは単純な蛍光一分子が計測できることを確認した。
本年度は、その計測系をさらに拡張すべく、暗視野照明を用いた高速観察系の立ち上げを行った。また、これまでに構築したキネシンの数理モデルに情報の視点を導入するために、数理モデルのさらなる拡張を行った。これまではジャンプする質点としていたキネシンに双頭構造を導入することにより、二つの頭部が異なる挙動を行うヘテロ変異体キネシンにも対応可能とし、ヘテロ変異体キネシンにおける外力と速度の関係等の実験結果を数値シミュレーションで再現した。また並行して行っている野生型キネシンに大きな外力ゆらぎを与えた時の応答計測についても、数理モデルによるシミュレーションと解釈を加えて論文に纏め発表した。
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