複雑系反応過程における非平衡非定常性の解明

复杂反应过程中非平衡不稳定的阐明

基本信息

批准号：
20038038
负责人：
戸田幹人
金额：
$ 1.86万
依托单位：
Nara Women's University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

実在系における反応過程の中でも、特に大自由度複雑系である生体分子や炭素クラスターに対して、非定常非平衡反応過程の動力学を解析する手法を開拓した。非定常性を抽出するためにウエーブレット変換を用い、さらに重要な自由度に縮約するために特異値分解を適用することで、大自由度系の反応過程における重要な反応自由度の抽出を行った。この方法は非常に一般的に有効である。この手法を、アデニレートキナーゼにおける大変形運動の分子動力学データや、脂肪酸の代謝に関連するタンパク質1TIBの分子動力学データ、さらには強レーザー場中の炭素クラスター解離過程の動力学データの解析に適用して、その有効性を検証した。アデニレートキナーゼでは、従来知られていた蝶番的な変形運動に加えて、2次構造が部分的に壊れる集団運動の可能性を指摘した。1TIBでは、ドッキング過程で重要となる集団運動の卓越性を示し、機能発現に関して近年提唱されたpopulation shift説の可能性を見出した。炭素クラスターでは、レーザー場中に置ける振動エネルギーの分配と再集中の過程を見出し、そのメカニズムを解明する端緒についた。以上の時系列解析で重要な役割を果たす特異値分解に関しても、ランダム行列理論の立場から解析を行った。特にラゲール分布と固定跡分布に関して特異値の一体分布の厳密解を求め、数値計算との一致を確認した。これらのランダム行列理論は、時系列解析において、重要な自由度を抽出するために有用となることが予想される。実在系の反応過程に対する応用は今後の課題である。

在实际系统的反应过程中，我们开发了一种分析不稳定非平衡反应过程动力学的方法，特别是对于生物分子和碳簇这样具有多个自由度的复杂系统。通过使用小波变换提取不稳定性并应用奇异值分解将自由度降低到重要自由度，我们可以提取大自由度系统中反应过程的重要自由度。这种方法非常普遍有效。该方法应用于腺苷酸激酶大变形运动的分子动力学数据、脂肪酸代谢相关蛋白1TIB的分子动力学数据以及强激光场下碳簇解离过程的动力学数据验证其有效性。在腺苷酸激酶中，除了先前已知的铰链状变形运动之外，我们还指出了二级结构部分断裂的集体运动的可能性。在1TIB中，我们展示了集体运动的重要性，这在对接过程中很重要，并发现了最近提出的关于功能表达的群体转移理论的可能性。在碳团簇中，我们发现了激光场中振动能量的分布和再集中过程，并开始阐明其机制。在上述时间序列分析中发挥重要作用的奇异值分解也从随机矩阵理论的角度进行了分析。特别是，我们找到了拉盖尔分布和固定迹分布的奇异值均匀分布的精确解，并证实了与数值计算的一致性。这些随机矩阵理论预计可用于提取时间序列分析中的重要自由度。在实际系统中的反应过程中的应用是未来的主题。