化学反応下での両親媒性分子集合体の形態変化　マルチスケールにわたる理解

化学反应下两亲分子组装体的形态变化：多尺度理解

• 批准号: 16J01728
• 负责人: 中川 恒
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01728/
• 关键词: 粗視化シミュレーション; 二重膜; 両親媒性分子; 分子動力学シミュレーション; ソフトマター; 生体膜

本年度行った研究実績を二つに分けて説明する。1) 加水分解反応と脱水縮合反応によって引き起こされる二重膜の形態変化に関する研究加水分解反応と脱水縮合反応は生体内で広くみられる基本的な化学反応である。これら二つの化学反応によって引き起こされる二重膜の形状変化を粗視化シミュレーション手法を用いて調べた。シミュレーションの結果、二種類の形状変化が見られることがわかった。一つは円盤形状の二重膜の突起が成長する、bilayer protrusionと呼ばれる形状変化、もう一つはbuddingと呼ばれる形状変化である。さらに解析を進め、これら二つの形状変化が熱力学的性質だけでなく、膜とバルク溶液の粘性係数の違いによって支配されることを明らかにした。この結果は膜とバルク溶液の粘性に違いをつけることで、二重膜の形状変化を制御できることを示唆している。さらにこの結果は、実験において二重膜の形状を制御する新しい手段をも示唆するものである。2) 多価不飽和脂肪酸が二重膜の力学的物性に及ぼす影響に関する研究脂質の化学反応によって生じる疎水性分子の中には、二重膜に埋め込まれて存在するものがある。こうした反応生成物により二重膜はヘテロな組成となる。このようなヘテロな組成は二重膜の力学的性質を大きく変化させることが先行研究により知られているが、その分子論的起源は明らかではなかった。こうした、組成の変化に伴う二重膜の力学的性質の変化を定量的に調べるため、全原子シミュレーションを用いた研究を行った。具体的には、脂質の疎水基に二重結合を導入した場合の力学的性質の変化を調べ、二重結合の導入により曲げ弾性率が減少することを定量的に示した。さらに、こうした二重結合の導入に伴う曲げ弾性率の減少と、網膜や神経細胞など高い曲率を持つ生体膜の形成との関係性を、ノックアウトマウスを用いた実験結果と照らし合わせ明らかにした。

This year's research achievements are divided into two parts: 1)Study on the morphological transformation of double membrane in hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction The shape of the double layer film is changed by the method of coarse visualization. The results of the two kinds of shape transformation are as follows: The shape of the bilayer protrusion is changed, and the shape of the budding film is changed. In addition, the analysis and shape transformation of the two solutions are governed by the thermodynamic properties of the solutions. As a result, the viscosity of the film and the shape of the double film are controlled. The result is that the shape of the double membrane is controlled by new means 2)Study on the mechanical properties and effects of polyunsaturated fatty acids on the formation of lipid and aqueous molecules The product of the double membrane is composed of two layers. The composition of the double-layer membrane is studied in advance, and the origin of the molecular theory is discussed in detail. A quantitative study of the mechanical properties of the double membrane was carried out. Specific changes in the mechanical properties of lipids and water-based double bonds are indicated by quantitative changes in the mechanical properties of lipids and water-based double bonds. The introduction of double bonds is accompanied by a decrease in the rate of curvature, a decrease in the rate of curvature, and a decrease in the rate of curvature of retinal cells.

项目成果

Nonuniqueness of local stress of three-body potentials in molecular simulations

分子模拟中三体势局部应力的非唯一性

• DOI: 10.1103/physreve.94.053304
• 发表时间: 2016
• 期刊: Physical Review E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Shindou Hideo;Koso Hideto;Sasaki Junko;Nakanishi Hiroki;Sagara Hiroshi;Nakagawa Koh M.;Takahashi Yoshikazu;Hishikawa Daisuke;Iizuka-Hishikawa Yoshiko;Tokumasu Fuyuki;Noguchi Hiroshi;Watanabe Sumiko;Sasaki Takehiko;Shimizu Takao;中川恒;中川 恒;Koh M. Nakagawa and Hiroshi Noguchi
• 通讯作者: Koh M. Nakagawa and Hiroshi Noguchi

Bilayer sheet protrusions and budding from bilayer membranes induced by hydrolysis and condensation reactions

• DOI: 10.1039/c7sm02326j
• 发表时间: 2018-02-28
• 期刊: SOFT MATTER
• 影响因子: 3.4
• 作者: Nakagawa, Koh M.;Noguchi, Hiroshi
• 通讯作者: Noguchi, Hiroshi

短距離古典分子動力学シミュレーションコードのGPGPU化（１）

GPGPU转换短程经典分子动力学模拟代码（一）

• 发表时间: 2017
• 期刊: 分子シミュレーション研究会会誌 “アンサンブル”
• 作者: Shindou Hideo;Koso Hideto;Sasaki Junko;Nakanishi Hiroki;Sagara Hiroshi;Nakagawa Koh M.;Takahashi Yoshikazu;Hishikawa Daisuke;Iizuka-Hishikawa Yoshiko;Tokumasu Fuyuki;Noguchi Hiroshi;Watanabe Sumiko;Sasaki Takehiko;Shimizu Takao;中川恒
• 通讯作者: 中川恒

OpenACC vs CUDA 分子動力学法を題材として

基于分子动力学方法的OpenACC vs CUDA

• 发表时间: 2017
• 作者: Shindou Hideo;Koso Hideto;Sasaki Junko;Nakanishi Hiroki;Sagara Hiroshi;Nakagawa Koh M.;Takahashi Yoshikazu;Hishikawa Daisuke;Iizuka-Hishikawa Yoshiko;Tokumasu Fuyuki;Noguchi Hiroshi;Watanabe Sumiko;Sasaki Takehiko;Shimizu Takao;中川恒;中川 恒;Koh M. Nakagawa and Hiroshi Noguchi;Koh M. Nakagawa;中川 恒;中川 恒;中川 恒
• 通讯作者: 中川 恒

短距離古典分子動力学シミュレーションコードのGPGPU化（２）

GPGPU转换短程经典分子动力学模拟代码（二）

• 发表时间: 2018
• 期刊: 分子シミュレーション研究会会誌 “アンサンブル”
• 作者: K. M. Nakagawa and H. Noguchi;中川恒
• 通讯作者: 中川恒