2015 Fiscal Year Annual Research Report
階層性と頑健性をもつ生命動態システムの解析基盤構築
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25287105
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小松崎 民樹 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30270549)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
李 振風 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90397795)
寺本 央 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (90463728)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 反応ネットワーク / 相空間構造 / 1分子時系列解析 / 反応ダイナミクス / 遷移状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化学反応を座標と共役な運動量から構成される相空間で評価することで、厳密な遷移状態およびすべての反応軌道が辿らなければならない反応経路が見出されてきた。本研究では、系の全エネルギー上昇とともに、反応の経路自体が反応座標から非反応座標に切り替わる新しい分岐現象を理論的に予言し、その実験的な検証方法を提案することに成功した。現在、日経産業新聞、月刊「化学」などでも取り上げられており、従来存在しなかった新しい反応制御への可能性が期待される。
近年、計算化学、一分子計測など、計算・実験両面から抽出される化学反応ネットワークは、ほとんどの場合、ノード数は数十から数百万あり、どのように背後の多重なキネティックスを評価できるかは未解決であった。我々はネットワーク上に定義された任意の分断面のなかでその往来の時間スケールが最も遅いものを“ネットワーク遷移状態”として定義し、ネットワークから反応時間の階層構造を抽出する方法を開発することに成功し、アリルビニルエーテルのクライゼン転位反応ネットワークに適用し、その有用性を立証した。
恣意性をできるだけ挟まない形で、ノイズの性質をできるだけ仮定しない変化点解析とファジークラスタリングを組み合わせた時系列解析手法を新規に開発し、化学エネルギーを回転の力学エネルギーに効率よく変換できる分子機械であるF1-ATPaseにおけるアデノシン三リン酸(ATP)の加水分解反応過程を調べた。その結果、結合ATP加水分解反応は、トルクやエネルギー発生量が少ないにもかかわらず、回転角度が20度ほど変化させることで、リン酸解離反応の反応障壁を大きく減少させていること、すなわち、リン酸解離反応にかけられていた「ロック」を「解除」して(ATP加水分解→リン酸解離といった)正しい反応順序を維持するための「鍵」としての役割を担っていることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
日経産業新聞2015年9月30日1面で研究成果が取り上げられた
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Research Products
(55 results)
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[Presentation] 特異点論によるバンド間交差の分類2015
Author(s)
寺本 央, 戸田 幹人, 近藤 憲治, 小松崎 民樹
Organizer
第1回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
Place of Presentation
京都大学芝蘭会館(京都府京都市)
Year and Date
2015-12-11 – 2015-12-13
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[Presentation] マルコフ連鎖の時間階層的クラスタリング2015
Author(s)
永幡 裕, 前田 理, 寺本 央, Chun-Biu Li, 武次 徹也, 小松崎 民樹
Organizer
ERATO湊離散構造処理系プロジェクト 「2015年度 秋のワークショップ」
Place of Presentation
丸駒温泉(北海道千歳市)
Year and Date
2015-11-08 – 2015-11-10
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[Presentation] 複雑反応ネットワークに埋め込まれた時間階層構造の解読2015
Author(s)
Yutaka Nagahata, Satoshi Maeda, Hiroshi Teramoto, Chun-Biu Li, Takashi Horiyama, Tetsuya Taketsugu, Tamiki Komatsuzaki
Organizer
第53回日本生物物理学会
Place of Presentation
金沢大学角間キャンパス自然科学本館(石川県金沢市)
Year and Date
2015-09-13 – 2015-09-15
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[Presentation] グラフラプラシアンによる異なる反応プロセスの同定2015
Author(s)
寺本 央, Alireza Hadjighasem, Daniel Karrasch, George Haller, 小松崎 民樹
Organizer
RIMS 研究集会『力学系とその諸分野への応用』
Place of Presentation
京都大学数理解析研究所(京都府京都市)
Year and Date
2015-06-29 – 2015-07-03
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[Presentation] マルコフ連鎖の時間階層的クラスタリング2015
Author(s)
永幡 裕, 前田 理, 寺本 央, Chun-Biu Li, 武次 徹也, 小松崎 民樹
Organizer
ERATO湊離散構造処理系プロジェクト 「2015年度 初夏のワークショップ」
Place of Presentation
北海道大学情報科学研究科 ERATO 会議室(北海道札幌市)
Year and Date
2015-06-11 – 2015-06-12
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[Presentation] Deciphering timescale hierarchy encoded in complex reaction networks2015
Author(s)
Yutaka Nagahata, Satoshi Maeda, Hiroshi Teramoto, Chun-Biu Li, Takashi Horiyama, Tetsuya Taketsugu, Tamiki Komatsuzaki
Organizer
31st Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
Place of Presentation
Frontier Research in Applied Sciences Building, Hokkaido University, Sapporo Hokkaido
Year and Date
2015-06-03 – 2015-06-05
Int'l Joint Research
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