分子数の離散性が化学反応ネットワークに及ぼす効果

分子数离散性对化学反应网络的影响

基本信息

批准号：
03J11161
负责人：
冨樫祐一
金额：
$ 1.15万
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：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

反応拡散系において、従来の連続的な表現に基づく手法では現れない、分子の空間的な離散性によってはじめてもたらされる現象の可能性を示した。主な成果は以下の通りである。1.分子の空間的な離散性により、連続極限では現れない新たな定常状態が生じたり、不安定であるはずの状態に比較的長い時間とどまったりすることがある。状態を異にする領域が空間内で共存する場合もみられる。このような領域の形成について、理論的考察とシミュレーションを進めた。この領域構造は過渡的なものでなく、ある特徴的な大きさを持ち、各状態にある領域の比率もほぼ一定に保たれる。この領域の境界や間隔が保たれる機構を、分子がその寿命の間に拡散する距離(Kuramoto Length)との関係において示した。2.分子の空間的な離散性が影響するような低濃度の成分が複雑存在する場合に、成分の分布変化のダイナミクスに、連続極限(反応拡散方程式)とどのような違いが生ずるか、反応ネットワークの観点から議論した。3.酵素反応は、一般に酵素分子の構造変化を伴い、そのためにミリ秒〜秒程度の時間を要する場合もある。この所要時間(ターンオーバー時間)が他の反応や(酵素分子間隔程度の距離での)成分の拡散に要する時間よりも長い場合、その間の過程(ターンオーバー過程)が系の振舞いに影響を及ぼしうる。連続極限かつ空間を含まない場合については、酵素分子間の同期現象に関する先行研究がある。同様の系で、分子の離散性を考えた場合、どのような影響があるか議論した。連続極限では酵素の同期を維持できないパラメタ領域でも、分子の離散性によって、同期が維持される場合があることを示した。

在反应扩散系统中，我们证明了分子空间离散性带来的现象的可能性，而基于连续表示的传统方法不会出现这种现象。主要结果如下。 1.由于分子的空间离散性，可能会出现连续极限内未出现的新稳态，或者本应不稳定的状态可能会保持较长时间。在某些情况下，具有不同状态的区域在一个空间中共存。我们对这些区域的形成进行了理论思考和模拟。这种区域结构不是瞬态的，而是具有一定的特征尺寸，并且各状态的区域比例几乎保持恒定。维持这些区域的边界和间距的机制与分子在其生命周期内扩散的距离（仓本长度）有关。 2. 当存在受分子空间离散性影响的低浓度组分的复杂存在时，组分分布变化的动力学与连续极限（反应扩散方程）有何不同？ 3、酶反应一般涉及酶分子的结构变化，可能需要几毫秒到几秒的时间。如果所需时间（周转时间）长于其他反应或组分扩散（距离与酶分子之间的距离相当）所需的时间，则干预过程（周转过程）可能会影响系统的行为乌鲁。在连续极限和无空间的情况下，先前已有关于酶分子间同步现象的研究。我们讨论了在类似系统中考虑分子离散性的影响。我们表明，即使在酶同步无法维持在连续极限的参数范围内，由于分子的离散性质，也可以维持同步。