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

基本信息

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

项目摘要

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．

由于非均匀键结构，例如共价键，分子键以及分支和环的局部运动，都参与了生物聚合物的功能。这项研究的目的是在数值和理论上阐明由一个系统所产生的动力学，在该系统中，质量点通过弹簧（生物聚合物的粗粒机械模型）连接，并阐明异质运动状态和分子形态发生机制，这些机制被认为对功能发电很重要。今年，我们报道了（1）物理学会和其他社会作为动态引起的（动态形态），而（1）物理社会和其他人数字上表明，当应用珠子弹簧分子的振动时，分子形态会根据激发模式而变化。特别是，当链分子之间的振动在同一阶段激发时，它们会保留线性形态，并且当振动在反相激发时，它们会保留弯曲的分子形态。这些结果表明，可以通过振动激发动态产生与分子间电位的最小值所定义的静态形态不同的形态。理论上使用多时间扰动理论对这种动态形态变化进行了理论分析，从理论上讲是由于拉伸振动的激发而视为弯曲角有效潜力的变化。这些结果发表在《学术期刊》（物理评论E，105，第064201---064215（2022）。（2）一个模型中，将珠子弹簧分子的结合弹簧替换为刚性杆具有自动杆的构造，对运动的构成了典型的热情行为。这些属于这些典型的动力。三粒子系统的情况下，可以严格确定珠颗粒的动能的统计平均值，并在分析上表明，非均匀性，即外部颗粒和内部颗粒平均动能的幅度，根据温度的变化，这些结果根据统计物理量，190，第190页，第190页，第1-34页（20223）。