局所刺激の選択的な応答により不均一運動や形状を遷移させる分子の数理機構の解明

阐明由于对局部刺激的选择性反应而导致不均匀运动和形状转变的分子的数学机制

• 批准号: 21K03411
• 负责人: 柳田 達雄
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Electro-Communication University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03411/
• 关键词: ハミルトンダイナミクス; ビーズスプリングモデル; 準平衡状態; 多時間摂動論; 遅い緩和; 動的形態形成; 高分子; 多時間摂動; 分子形態; 粗視化モデル; ダイナミクス; 局所運動; 形状遷移

共有結合・分子結合，分岐やループなどの非一様な結合構造による局所運動が生体高分子の機能に関与している．本研究は，生体高分子を粗視化した力学モデルである質点がバネでつながった系（ビーズスプリングモデル）が創出するダイナミクスを数値および理論的に解明し，機能生成に重要と考えられる不均一運動状態や分子形態形成機構を明らかにすることを目的とする．本年度は，（１）ビーズスプリング分子の伸縮振動を与えると，励起モードに応じて分子形態が変化することを数値的に示しDynamical Induced Conformation（動的形態形成）として物理学会などにおいて報告した．特に，同位相で鎖状の分子間の振動を励起すると直線上の形態を保持し，反位相で振動を励起すると屈曲した分子形態が保持される．これらの結果は分子間ポテンシャルの極小値で規定される静的な形態とはことなる形態を振動の励起により動的に生成できることを示している．この動的形態変化を多時間摂動論により理論的に解析し，伸縮振動の励起にともない屈曲角の対する有効ポテンシャルの変化として理論的に捉えられた．これらの結果は学術雑誌（Physical Review E, 105, pp. 064201--064215 (2022)）に掲載された．（２）ビーズスプリング分子の結合バネを剛体棒に置換したモデルは運動にHolonomicな拘束があるため，特徴的な熱力学的振る舞いが現れる．その１つが分子の運動エネルギーが非一様となることが数値的に示してきた．一方で，３粒子系の場合にはビーズ粒子の運動エネルギーの統計平均を厳密に求めることができ，非一様性，すなわち，外側にある粒子と内側にある粒子の運動エネルギーの平均値の大小関係が温度に依存して変化することを解析的に示し，これらの結果は学術雑誌（Journal of Statistical Physics volume, 190, pp. 1--34 (2023)）に掲載された．

Mutual combination, molecules, branching や ル ー プ な ど の than the others in な combination に よ る bureau sports が body function of polymer の に masato and し て い る. は this study, the raw body polymer を coarse visualization し た mechanics モ デ ル で あ る particle が バ ネ で つ な が っ た system (ビ ー ズ ス プ リ ン グ モ デ ル) が hit す る ダ イ ナ ミ ク ス を the numerical お よ に び theory explain し, function to generate に important と exam え ら れ る heterogeneity motions や molecules form which agency を Ming ら か に す る こ と を purpose と す る. は this year, (1) ビ ー ズ ス プ リ ン グ molecular の stretching vibration を and え る と, wound up モ ー ド に 応 じ て が molecules form - the す る こ と を the numerical に し in Dynamical Induced Conformation (dynamic morphogenetic) と し て physical society な ど に お い て report し た. に, with phase で lock の intermolecular の を vibration excitation on す る と line keep し を の form, reverse phase で を vibration excitation on す る と buckling し た molecules form が keep さ れ る. こ れ ら の results は intermolecular ポ テ ン シ ャ ル の tiny numerical で rules さ れ る static な form と は こ と な る vibration を form の wound up に よ り moving に generated で き る こ と を shown し て い る. こ の move を morphological variations of much time, theory of に よ り theory analytical し に, stretching vibration の wound up に と も な い buckling Angle の す seaborne る have sharper ポ テ ン シ ャ ル の variations change と し て theory に catch え ら れ た. The results are published in された in the journal of academic 雑 (Physical Review E, 105, pp. 064201- 064215 (2022)) に. (2) ビ ー ズ ス プ リ ン グ molecular の バ ネ を rigid rod に replacement し た モ デ ル は movement に Holonomic な constraint が あ る た め, な thermodynamics of 徴 vibration る dance い が now れ る. そ の 1 つ が molecular の movement エ ネ ル ギ ー が than others in と な る こ と が the numerical に し in て き た. One party で, 3 particles is の occasions に は ビ ー ズ particles moving の エ ネ ル ギ ー の statistical average を 厳 dense に o め る こ と が で き, non a others, す な わ ち, lateral に あ と る particles inside に あ る particles moving の エ ネ ル ギ ー の on average numerical の size masato が temperature に dependent し て variations change す る こ と を parsing に し, Youdaoplaceholder0 れら the results are published in the Journal of Statistical Physics volume (190, pp. 1-34 (2023)) に : された.

项目成果

Temperature Dependence of Non-uniformity in Energy of Systems with Holonomic Constraints

完整约束系统能量不均匀性的温度依赖性

• DOI: 10.1007/s10955-022-03029-8
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Statistical Physics
• 影响因子: 1.6
• 作者: Konishi Tetsuro;Yanagita Tatsuo
• 通讯作者: Yanagita Tatsuo

Emergence of quasiequilibrium state and energy distribution for the beads-spring molecule interacting with a solvent

珠子弹簧分子与溶剂相互作用的准平衡态的出现和能量分布

• DOI: 10.1103/physreve.104.034209
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Yanagita Tatsuo;Konishi Tetsuro
• 通讯作者: Konishi Tetsuro

速い振動モードによる形状選択：バネ玉系の場合

使用快速振动模式选择形状：适用于弹簧球型

• 发表时间: 2022
• 作者: 山口義幸;柳田達雄;小西哲郎;戸田幹人
• 通讯作者: 戸田幹人

磁気双極子磁場中における 荷電粒子のよどみ運動領域の形成

磁偶极子磁场中带电粒子停滞运动区域的形成

• 发表时间: 2022
• 作者: 小西哲郎;柳田達雄;宮川貴彦，藪博之;木屋，久木田，近藤;柳田達雄，小西哲郎
• 通讯作者: 柳田達雄，小西哲郎

振動励起にともなうバネ玉モデルの形状変化の溶媒効果

溶剂对振动激励引起的弹簧球模型形状变化的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 柳田達雄;山口義幸;小西哲郎;戸田幹人
• 通讯作者: 戸田幹人