【研究領域課題番号】18K03471 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

非線形・非平衡ダイナミクス / ビーズスプリングモデル / ハミルトン力学系 / 非一様性 / 特異摂動論 / エネルギー等分配 / ネットワーク / 高分子 / ハミルトン力学 / 緩和現象 / 多時間スケール / 高分子モデル / 準平衡状態 / 非線形ダイナミクス / 非一様エネルギー / マルコフ連鎖モンテカルロ法 / 構造デザイン / 多スケールダイナミクス / 非線形力学 / 緩和過程 / エネルギー不均一運動 / ヘテロ結合力学モデル / 非平衡ダイナミクス

【研究成果の概要】

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の動的生成機構を明らかにした．具体的には，１）ヘテロ結合分子と溶媒粒子が相互作用により系全体がエネルギー非一様状態となる準平衡状態が長時間維持される理論機構．２）分子内の非一様性運動の生成機構　３）動的剛性の生成機構を数値解析，エネルギー等分配則，特異摂動論により解明した．

【研究の社会的意義】

生化学反応は構成要素のヘテロ結合により作り出された非平衡で多スケールのダイナミクスであり，分子の揺らぎや局所的な運動が機能に密接に関連している．高分子を粗視化した数理モデルであるビーズスプリング系を理論的，数値的に解析し，多時間スケールな結合構造から創出される現象：１）長時間維持される非平衡状態，２）高分子，溶媒のエネルギー非一様性，３）分子内での非一様なエネルギー状態，４）エネルギー励起に伴う分子形態の動的な変化，の数理機構を解明した．これらの基本機構が解明は，生体反応をはじめ交通網，流通網などの社会システムで起こりうる非一様性の生成や制御に対する指針が与えられ学際的な意義もある．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)