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次世代技術の芽と新しい物理をつくる

早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 物理学科・応用物理学科

たんぱく質が働く様子を計算機シミュレーションで調べる

生物物理

[English]

髙野 光則 [教授] dummy_photo
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homepage http://www.tb.phys.waseda.ac.jp/
専門分野 生物物理学
研究テーマ・研究活動
○蛋白質の物性理論。特に分子モーターの動作原理、
エネルギー変換機構、ゆらぎと応答
●日本生物物理学会
●日本物理学会
●アメリカ生物物理学会

身近な生きものひとつをとってみても、気が遠くなるくらいに複雑で、それでいながらシステム全体として実に巧妙に調和をとりながら機能しているものだなと感嘆する。しかし、生物とて、物質(原子・分子)からできているのも事実である。つまり、生物も物質の世界の物理法則に従っているはずである。
生命の最も基本的な物質は「たんぱく質」であり、アミノ酸がつながった長い紐状の分子である。この紐状分子はナノメートルサイズの立体構造を自然に形成する。「自然に」というのは「物理法則に従って」という意味である。図1には、たんぱく質に物理法則(力学と電磁気学)を適用し、たんぱく質の運動方程式をたて、それを解いた結果が示されている。しかし、運動方程式を解くといっても、ここでは1000次元の複雑にからまった連立微分方程式を解かなければならない。ここで力を発揮するのが計算機(図3)である。

 

研究内容ダミー1
図1のたんぱく質の動きは、複雑な運動方程式を高速計算機で解いたものである(これを計算機シミュレーション法とよぶ)。たんぱく質はすべての生命現象に関わっており、立体構造は「分子機械」として機能するための土台になる。しかし、分子機械がはたらく仕組みは、多くの場合、まだよく分かっていない。これを解明するためは力学、電磁気学、統計力学などの物理の知識が必須である。われわれが筋肉で力を出すときにお世話になっている分子機械の立体構造を図2に示す。これがどうやって機能(力発生)するのだろうか?
生物は非常に興味深い物理の研究対象である。しかし、その複雑さゆえ、非常に手強い研究対象でもある。私たちの研究室では、物理の基礎知識と考え方をフル活用し、高速計算機の助けも借り、計算機シミュレーション手法という武器をたずさえ、難敵に挑んでいる。

 

 

Mitsunori Takano [Professor] dummy_photo
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