新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 39平成 28 年 11 月

第 4 回公開シンポジウム 開催報告
神取 秀樹

（名工大院工・総括班）

班（柔らかな分子系計測班）の班長である水谷泰久氏
が班の状況と自分のグループの研究成果を紹介した後、本新学術領域研究の第 4 回公開シンポジウムが、平藤井正明氏の研究発表の後、昼食となった。昼食時に成 28 年 10 月 27 日（木）～28 日（金）、名古屋工業は班会議が三つの研究項目に分かれて行われ、領域を大学の新装なった 4 号館ホールに 131 名の参加者を集盛り上げるための意見交換を行った。午後からは引きめて開催された。

続き、田原太平氏、高橋 聡氏、石橋孝章氏、内橋貴之

初日の最初に田原太平領域代表から、折り返し点を

氏による研究発表が行われた。2 日目の発表では質疑迎えた領域の現状について説明がなされた。続いて時間を超過して議論が続く場面が目立ったが、活発な

A03 班（柔らかな分子系創成班）の班長である私が班討議が続くのは（主催者が困る場合もあるが）とてもの状況と自分のグループの研究成果を紹介した後、村大切なことである。

橋哲郎氏、中西尚志氏、尾谷優子氏、大洞光司氏、井すべての発表の後、評価委員である北川禎三先生と原栄治氏、楊井伸浩氏による研究発表が行われた。今大峯 巌先生からコメントをいただいた。北川先生から年のノーベル化学賞「分子機械」は機能創成を目指す

は、「非常にレベルの高い分子科学の研究であり、田原

A03 のメンバーにとってよい目標であり、活発な議論

代表が意図をうまく説明した結果、全班員がそれを実が繰り広げられた。

行し、成功に導いている。分子科学という枠組みに合

午後にはポスターセッションが開かれ、研究代表者

成系の研究者と測定・理論の研究者も含めることで学全員と研究分担者・研究協力者から 94 件の研究発表

問分野を広げていることは印象的である。また若い人が行われた。午後の後半には 4 件の共同研究発表があを十分に育てている点、基盤研究ではできない共同研った。我々、領域メンバーにとって、共同研究者が揃

究を多く実行している点は高く評価できる。
」とのお言って登壇し、マイクを手渡す形でプレゼンを行う共同

葉をいただいた。大峯先生からは「柔らかさや機能は

研究発表はすでに合同合宿会議で馴染みであるが、公便利な言葉だが、学問的にはコアな部分があり、それ開の場で行われるのは初めてのことである。A01 北尾を進めてほしい。
『柔らかさ』というのは分子が作り出彰朗氏と A03 神取は DNA 光回復酵素、A03 花岡健二

す『文章』だろう。現在、それを語る『単語』ができ

郎氏と A02 田原太平氏はアゾ色素の蛍光、A01 大戸達たのだと思う。機能をきちんと語れるメッセージを作

彦氏と A03 寺尾 潤氏は金属分子ワイヤー、A03 中西

るように頑張ってほしい。
」との激励をいただいた。良

尚志氏、A02 川村 出氏、A02 高屋智久氏、A01 倉重

好な領域運営は私も実感しているところであるが、3

佑輝氏、A02 水谷泰久氏はアルキル鎖導入液体ポルフ

名の辛口の先生から評価の言葉をいただいたことは大ィリンに関する共同研究の成果を発表した。新しいホきな励みであり、共同研究にも拍車がかかるものと期ールの壇上に椅子を配置して行った共同研究発表はな待される。

かなか壮観であり、A03 のオリジナルな分子が A01

最後に、開催準備や進行を手伝ってくれた名工大神の理論計算と A02 の先端計測によって見事に料理さ取研究室のスタッフと学生諸氏に感謝したい。

れていく様子を見るのは班長としても共同研究担当としても実に嬉しいものがあった。18 時からは会場を移して研究交流会が開かれ、評価委員の渡辺芳人先生から「研究代表者として若手が多いのは素晴らしい。共同研究発表が面白かった。１人ではできない分野を補完しあってぜひ新たな研究に挑戦してほしい」とのコメントをいただいた。
2 日目には A01 班（柔らかな分子系解析班）の班長である北尾彰朗氏が班の状況と自分のグループの研究成果を紹介した後、林 重彦氏、吉田紀生氏、鳥居 肇
氏、
森田明弘氏による研究発表が行われた。
続いて A02286

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No. 39平成 28 年 11 月

業績紹介：高い異方性とフラストレーション：タンパク質機能制御の鍵
北尾 彰朗
竹村 和浩

（東大・A01 計画研究代表者）（東大・特任研究員）ある。我々は、タンパク質機能を制御するためのもう一つの鍵はエネルギーのフラストレーションであると考えている[7]。ここで言うフラストレーションとは、

論文題目："High anisotropy and frustration: the keys to

大自由度系における多数の相互作用の不整合に起因す

regulating

るもので、これが顕著に表れたものが、エネルギー面

proteinfunctionefficiently

incrowdedenvironments."の多重極小である。多重極小はタンパク質の場合、高著者： Akio Kitao and Kazuhiro Takemura

い異方性に関わる大振幅揺らぎに主に表れる [1]。摂雑誌巻号：Curr. Opin. Struct. Biol. 42, 50 (2017).

動が実際に機能を発揮するトリガーとして働くには、
エネルギーバリアを越えてエネルギー極小へと導くのに十分な強さが必要だと予想される（図）。

タンパク質は「柔らかな分子系」の代表的なもののひとつであり、他の柔らかな分子系と同様に大自由度

揺らぎの高い異方性とエネルギーのフラストレーシを持ち、多重のエネルギー極小を持っている。生物にョンがタンパク質機能制御の鍵であるというのが我々おけるタンパク質への機能的要請は、多数・多種類のの主張である。このレビューでは、タンパク質の高い分子が混在する生物環境で、大きな自由度を持ちなが異方性とフラストレーションに関わる歴史的論文かららも十分はやく構造形成することであり、また特定の最新の論文をまとめてあるので、興味のある方は是非

分子機能を発揮・制御できることである。基質特異性

参照されたい。

にも関わる後者の特徴は、「Key&Lock」モデルで想定されるように従来それぞれのタンパク質が持つ固有の立体構造と関連付けて説明されてきた。このレビュー
は、従来の見方とは異なり、構造変化の高い異方性とそれに関わるエネルギーのフラストレーションという動的な観点から、蛋白質が機能を発揮し、それを制御する仕組みを議論したものである。
大自由度を持つタンパク質が、他の分子との相互作用に際し、常に特定のレスポンスを行うことは、タンパク質が固有の機能を発揮するために重要な性質である。大自由度の中で特定の自由度が選択される背景には、タンパク質が特定の方向に大きく揺らぎやすいと

図 タンパク質構造形成と機能におけるエネルギーフ

いう性質[1]、つまり高い揺らぎの異方性を持っているラストレーションが果たす役割の概念図。

ことが重要である。揺動散逸定理で導かれる通り、線形近似できるような弱い摂動に対するレスポンスは、

参考文献

熱揺らぎと似ているから、高い異方性はタンパク質が[1] Kitao A, Go N, Curr Opin Struct Biol 9, 164 (1999).

特定のレスポンスを行う上で重要な役割を果たしてい[2] Ikeguchi M, Ueno J, Sato M, Kidera A, Phys Rev Lett

ると考えられている[2,3]。このような高い異方性を理

94, 078102 (2005).

解するためには、この領域に関わる研究者も研究され[3] Yang LW, Kitao A, Huang BC, Go N, Biophys J 107,ているように[4,5]、タンパク質固有のダイナミクスを

1415 (2014).

明らかにすることが重要である。

[4] Naritomi Y, Fuchigami S, J Chem Phys 134, 065101(2011).

しかし、線形応答理論からは、ランダムな摂動に対しても大振幅揺らぎが誘起されることが示されるので[5] Mori T, Saito S, J Chem Phys 142, 135101 (2015).

[6]、生物環境のように多種多様な分子が存在する環境[6] Kitao A, J Chem Phys 135, 045101 (2011).

下で、特定のトリガーによってタンパク質が特定のレ[7] Kitao A, et al. Proc Natl Acad Sci USA 103, 4894

スポンスを行うためには高い異方性だけでは不十分で(2006).

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平成 28 年 11 月

業績紹介：酸化還元活性なポリラジカルの殻を持つ分子カプセルの構築
野田翔吾（東工大化生研・修士課程学生）
矢崎晃平（東工大化生研・博士研究員）
吉沢道人（東工大化生研・A03 分担研究者）

a)a
N Pd N

N

N

NN

N
N

R

論文題目："An M2L4 Molecular Capsule with a Redox
Switchable Polyradical Shell"
著者：Kohei Yazaki, Shogo Noda, Yuya Tanaka, Yoshihisa
Sei, Munetaka Akita, and Michito Yoshizawa*
雑誌巻号：Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 15031–15034.

R

2 Pd(NO 3)2
DMSO
r.t.

N

d

N h R
R

k

g

N

N

N

N Pd N(R = -OCH2CH2OCH 3)

R

N

N

l

R

R

N

N

2

N

N
N

N
N

f

i R

N

R

4+

c
e
N N

R
R

j

b

N
R N

R

4R
R

N

1

4 NO 3–b)	  これまでに数ナノサイズの空間を持つ分子ケージやカプセルが数多く合成されている[1]。その 99.9％以上の構造体が、中性またはイオン性の有機骨格から構成されている。一方、ラジカル性の骨格に囲まれた空間を有する三次元ナノ構造体の構築は極めて限られてお図２．a)分子カプセル 1 の構築と b)その結晶構造.	
 り、また、その空間物性はほぼ未開拓である。我々の	
 (ラジカルカチオン)カプセル 1 4(•+)および 1 8(•+)に由来

グループでは最近、中性のアントラセン環の殻を持つ
M2L4 組成の分子カプセルを報告している[2]。今回、アする非可逆な酸化波が観測された（図 3a）。電解 UV-vis

ントラセン環の代わりに「ジヒドロフェナジン環」をスペクトルを測定した結果、カプセル 1 4(•+)に由来する

活用することで、可逆的にポリラジカルを発生可能な吸収帯(475,	
 570-820	 nm)が可逆的に観測された（図分子カプセル 1 の構築に成功したので紹介する（図 1a）。

3b）。また、カプセル 1 を酸化剤と還元剤で処理する

アントラセン環に 2 つの窒素原子を導入したジヒドロ

ことで、可逆的にラジカル種 1 4(•+)の発生を制御できた

フェナジン環は、酸化により比較的安定なラジカルカ（図 3c）。さらに、カプセル 1 は分子内包能を有し、2チオン種を可逆的に生成できる（図 1b）。

分子のトリフェニレンを内包することで、カプセル骨a)neutral paneloxidation+

radical panel

格の酸化還元電位の変化が観測された。以上のように、+ポリラジカル性の分子カプセルの開発を達成した。

a)reduction

+

4(•+)

1

+

1

4(•+)

8(•+)

1

1

725

55
4 µA

b)

metal ion
N

–e

N

N

+e

N

0

–400

+

absorbance (x 0.1)b)図１．a)酸化還元活性な分子カプセル.b) ジヒドロフェナジ
ンの酸化還元挙動．

	  2 つのジヒドロフェナジン環を有する湾曲型のビス
ピリジン配位子 2 と Pd(Ⅱ)イオンを 2:1 の比率で混合することで、M2L4 組成の分子カプセル 1 が定量的に生

4(•+)

1

4

2

400

800

1200

mV

c)
1
14(•+)

1
0
400 500 600 700 800 nm 9
4(•+)

8

7

6

5 ppm

8(•+)

図３．a)電気化学的酸化による 1
および 1
の発生.	
 カ
プセル 1 の b)電解 UV-vis および c)試薬酸化による 1 4(•+)の 1H	
 NMR スペクトル.	
 成した（図 2a）。その構造は、各種 NMR,	
 ESI–TOF	
 MS
および X 線結晶構造解析により決定した。その結晶構造から、8 つのジヒドロフェナジン環に囲まれた約 1	
 nmの球状空間を有することが明らかになった（図 2b）。	
 	
  得られた分子カプセルは、ジヒドロフェナジン骨格に由来する酸化還元特性を示した。その CV では、ポリ	
 288

参考文献：[1] W. Steed, J. L. Atwood, Supramolecular
Chemistry, 2nd ed., Wiley, Chichester, UK, 2009; [2] N.
Kishi, M. Yoshizawa, et al., J. Am. Chem. Soc., 133,
11438–11441 (2011).

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No. 39平成 28 年 11 月

業績紹介：被覆型 π 共役ポリマーへの金属配位による固体発光色チューニング
寺尾

1 の溶液に金属イオンを加えた際の蛍光色変化を調べ

潤（東大院総合・A03 公募研究代表者）

た結果，典型金属を配位させた際に，発光波長のレッ
論文題目：A Typical Metal Ion-Responsive Color-Tunable

ドシフトが生じた。その発光色は金属種の種類によっ

Emitting Insulated π-Conjugated Polymer Filmて変化し，青緑色（Zn2+）, 緑色（In3+）, 黄色（Sn4+）

著者：Takuro Hosomi, Hiroshi Masai, Tetsuaki Fujihara,

等の様々な発光色へのチューニングが可能であった。

Yasushi Tsuji, Jun. Terao

次に，1 の固体発光特性を調査した。その結果，いず

雑誌巻号：Angew. Chem. Int. Ed., 55, 13427 –13431 (2016).

れのポリマーについてもフィルム中で強い発光を示した。発光量子収率は高いもので 46%に達し，これは固π共役ポリマーは，その優れた発光特性および加工体π共役メタロポリマー2 としては非常に高い値であ性から，光学デバイス材料として有望視され，用途にる。発光極大波長についても溶液中とほぼ同様であり，応じてポリマーの発光色を自在にチューニングする必

溶液中と同等の発光色が得られた。一方で，非被覆型

要がある。その発光色変化には，モノマー構造に遡っポリマーを用いたリファレンス分子については，発光て主鎖骨格自体の変更・調整を行うのが一般的である。

量子収率の大幅な低下や，発光波長の大きなレッドシ

一方，ポリマー化した後に外部から試薬を作用させる

フトが観測された。この様に 1 が有する高度な被覆構

ことで，その主鎖骨格を変更することなく蛍光色をコ

造によって，溶液中でチューニングした発光特性を損

ントロールすることも可能である。特に，金属イオン

なうことなく固体中へと転写することが可能となった。

とポリマーとの非共有的に結合可能な外部刺激物質をさらに 1 は，個体状態でも金属への配位能力を維持し用いた場合は，簡便に可逆的な蛍光色チューニングがている。1 のフィルムを，Sn4+を含む溶液に数秒間浸漬可能となる。一方で，この手法を，固体状態のπ共役させると，浸漬部分の発光色が青から黄色へと変化し，ポリマーへと応用した例はこれまで報告されていない。

Sn4+イオンの配位が確認された。また，そのフィルム

これは，ポリマー鎖間で働く不規則なπ-π相互作用にを In3+を含む溶液に浸漬させると，Sn4+が配位していよって，発光波長の長波長化や量子収率の劇的な低下た部分の発光色は黄色のまま変化せず，それ以外の部が生じるためである。加えて，金属が配位したπ共役分が緑色の発光を示した。さらに，これらの配位した

メタロポリマーでは，イオン性相互作用や金属-金属相

金属は，フィルムをアンモニア水に浸漬させることで互作用も働き，その制御はより困難となる。この解決

容易に除去可能であった。以上の様に，被覆構造を有策として本研究では，共役主鎖を一本ずつ環状分子でする 1 は，その固体蛍光発光色を簡便かつ可逆的にチ覆ったπ共役ポリマー1 に着目し，プラットフォームとューニング可能であり，金属種を識別し可視化する固なるポリマー1 を設計した。1 は，主鎖に連結した完体金属イオンセンサとしての働きも示した。

全メチル化αシクロデキストリン（PM α-CD）を用いたロタキサン構造によって，主鎖が被覆され，分子間

参考文献

相互作用が高度に抑制されている。同時に，配位部位[1] Terao, J. et al. J. Am. Chem. Soc., 131, 16004 (2009);

は 2 つの PM α-CD に挟まれたポケットの様な空間に

Terao, J. et al. Nat. Commun. 4, 1691 (2013).

よって，金属が近接可能なスペースが提供されている。

[2] Terao, J. et al. J. Am. Chem. Soc., 136, 14714 (2014).

emission spectrum
normalized intensity

coordinated metal:
3-Cd(II)3+, -Sn4+-Cd2+–, -In– 3-In(III)dashedline: solution
solid–line:
solid-state3-Sn(IV)

wavelength / nm
wavelength / nm

SnCl4 / Et2O
dipped into Sn4+ soln.

NH3 aq.

InCl3 / Et2O
dipped into In3+ soln.

immersed into NH3 aq.

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No. 39平成 28 年 11 月

女子中高生のためのアウトリーチ活動「サイエンスが好きです」
開催報告
水野

操

（阪大院理・A02 班計画研究分担者）紹介した。性別の違いによりライフイベントは大きく異なり、働き方にちがいが生じる。この点が、中高生

平成 28 年 11 月 19 日（土）に、第 4 回アウトリーの進路決定の大きな不安要素となりうる。これに対し、チ活動（女子中高生のためのアウトリーチ活動）「サイ活用できる制度をうまく利用して働き方のちがいと上エンスが好きです～わたしたちのオンとオフ～」が、手に付き合いながら、好きなこと（＝サイエンス）をキャンパスイノベーションセンター東京（東京都港区）

続ける方法があることを参加者に伝えた。

で開催された。本アウトリーチ活動は、女子中高生が休憩をはさみ、10 名程度のグループに分かれてのグ

将来の進路決定で感じる漠然とした不安や疑問を少しループ座談会、およびサイエンス体験「コンピュータ

でも解消することのお手伝いをしたいと考え企画した。

でタンパク質の柔らかさに触れよう」を行った。座談そのため、現在さかんに行われているサイエンスカフ会グループには、アウトリーチ参加者の女子中高生のェのような研究内容紹介に重きを置かず、領域に参加

他に、女性研究者と女子大学院生が入った。今回の座している女性班員の過去・現在・未来の実体験紹介、談会では、アウトリーチ活動の目的として掲げた「中および女子中高生と女子大学院生とのグループ座談会

高生の不安を取り除く」ために、まずは参加者の中高という従来とは異なる趣向のものとなった。

生が自身の考えを発することが最重要であると考えた。

はじめに、田原太平領域代表（理研）から、本新学

そのため、ガイド役の大学院生・研究者からの一方通術領域研究「柔らかな分子系」についての紹介が行わ

行の発言にならないよう心がける工夫をした。座談会

れた。サイエンスが前進するために、科学研究費補助

は、バトンが回ってきたら発言する、発言したい場合

金の必要性、「解析・計測・創成」からなる本領域の研にはバトンを受け取ってから発言する、という二つの究体制、および新しいサイエンスを生み出すための本

ルールに従って行われた。予定終了時間を過ぎても座領域の目指す方向性についての説明があった。本アウ談会が盛り上がるグループもあった。サイエンス体験

トリーチ活動は、女性班員が主体となり企画・運営さは、画面に映し出されたタンパク質分子を、ハプティれたものであるが、田原代表が本領域の紹介を行うこックデバイスを通じて手で感じとる体験を行った。目

とで、「サイエンスを楽しむ」ことが、性別のちがいにに見えない分子の感触を体験できることが新鮮だった

よらない想いであることが伝わった。また、使用されようで、どのグループでも驚きの歓声が上がっていた。

たスライドは、わたしたち研究者向けのものと同じも参加者に、自校生徒の引率の先生がいらしたが、今のであった。将来のサイエンスの担い手となる参加者

回のアウトリーチ活動は、教育現場のニーズにも合致の中高生に対して、誠実に向き合っている点がとくにしているとの感想をいただいた。このような企画を行

印象的であった。

う機会を増やすことの重要性を痛切に感じた。

続いて、畑中美穂氏（近畿大）と坂口美幸氏（理研）

最後に、本活動の開催にあたりご協力いただいた、のサイエンスを楽しんでいる 2 名の女性研究者による、領域の女性班員の方々、女子大学院生のみなさまに深それぞれの「オン」と「オフ」についての講演が行わ

く感謝を申し上げたい。ありがとうございました。

れた。
「オン」について、畑中氏は、触媒反応によるキラル分子の選択的合成を行った卒業研究に対して、分子シミュレーションによる反応物の構造予測が大いに役立った経験から、なぜ理論化学の分野に興味を抱いたのかを紹介した。坂口氏は、タンパク質科学の魅力として、よくできたタンパク質の仕組みを明らかにするため構造と機能を研究するおもしろさを紹介した。
両氏とも、「オフ」について、自身の過去・現在の経験を含めて、女子中高生にとっては研究者の「謎の実態」
を和やかな雰囲気で紹介した。引き続き水野が、現在、大学で行われているダイバーシティーへの取り組みを290

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No. 39平成 28 年 11 月

田原グループの井上賢一君が第 10 回分子科学討論会優秀講演賞を受賞
田原 太平（理研・A02 計画研究代表者）

直線の傾きは水素結合ネットワークの揺らぎや組み替えが起こることによって遅延時間とともに減少してい理研の田原グループ（A02 計画班）研究協力者の井きます。そのような傾きの時間変化の中で 100 フェム

上賢一君が、2016 年 9 月 13 日(火)から 15 日(木)まで

ト秒以内に起こるダイナミクスは、水素結合の揺らぎ

神戸ファッションマートで開催された第 10 回分子科に帰属されていますが[2]、この超高速ダイナミクスは学討論会において優秀講演賞を受賞しました。分子科

本研究の時間分解能（200 フェムト秒）内で進行して学会優秀講演賞は当該年度の分子科学討論会においてしまうため、遅延時間 0.0 ピコ秒のブリーチの傾きが優秀な発表を行った若手研究者に贈られ、今回は 7 名

速い水素結合の揺らぎの大きさを反映します。正に帯が受賞しています。井上君の受賞対象となった講演題

電したアミノ基をもつ ODA 界面のブリーチの傾きは、

目は、「2 次元ヘテロダイン検出振動和周波発生分光法

DPTAP 界面よりも大きく、DPPG 界面よりも小さいを用いた単分子膜／水界面における水の揺らぎの超高という結果が得られました。この結果により、ヘッド

速ダイナミクス：官能基との水素結合の効果」です。

グループが水素結合のドナーであるかアクセプターで井上君の受賞発表の概要を以下に紹介します。

あるかに関わらず、ヘッドグループと水分子の水素結

我々のグループでは、これまでに界面選択的な超高合によって水分子の揺らぎは抑制されることが明らか

速振動分光法である 2 次元ヘテロダイン検出振動和周になりました。さらに、ヘッドグループが水素結合の波発生分光法（Two-dimensional heterodyne-detected

ドナーかアクセプターか、あるいはヘッドグループとvibrational

水分子の水素結合の強さの違いによって水分子の揺らsumfrequency

generation;

2D

HD-VSFG）を開発し、様々な水界面のフェムト秒時

ぎが大きく変化することも明らかとなりました。

間領域のダイナミクスの研究を行ってきました。特に、この井上君の研究成果は、彼の高い実験能力と大変

モデル生体膜界面である脂質／水界面について、脂質難しい実験を貫徹する強い意志によって得られたもののヘッドグループの化学構造によって界面の水の水素で、液体界面研究の最先端の切り拓くものと言えます。

結合揺らぎが全く異なることを見いだしました [1]。

共同研究者として井上君の受賞を心から祝福したいとこの研究では正に帯電したコリン基をもつ脂質思います。

（DPTAP）の界面では超高速の水素結合揺らぎは大きく、バルクの水とよく似た振動ダイナミクスを示す一

引用文献

方で、負に帯電したリン酸基をもつ脂質（DPPG）界[1] P. C. Singh, K. Inoue, S. Nihonyanagi, S. Yamaguchi,

面では水素結合の揺らぎは大きく抑制されていること

and T. Tahara, Angew. Chem. Int. Ed. 55, 10621 (2016).

が明らかになりました。そしてこれらの違いは、脂質[2] C. J. Fecko, J. D. Eaves, J. J. Loparo, A. Tokmakoff, P.

のヘッドグループと水分子間の水素結合に起因すると

L. Geissler, Science 301, 1698 (2003).

結論しました。井上君は官能基と水素結合の揺らぎの関係をより一般的に理解するために、カルボニル基とともにタンパク質の電荷を決定する重要な官能基であるアミノ基界面の水分子の超高速振動ダイナミクスに対する研究を行い、その結果について発表しました。
水の OH 伸縮振動バンドを振動励起した直後の過渡スペクトルには、励起波数に v=0→1 遷移のブリーチとその低波数側にホットバンド（v=1→2）が観測されます。これらの励起波数依存性を測定して 2 次元スペクトルを得ると、これを元にフェムト秒領域で進む水素結合ダイナミクスを詳しく議論することができます。
この 2 次元スペクトルにおいて水の OH 伸縮振動バンドのような不均一なバンドのブリーチの極値を結んだ

291

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No. 39平成 28 年 11 月

石山グループの八十島亘宏さんが第 10 回分子科学討論会優秀ポスター賞および The
4th International Conference on Molecular Simulation Best Poster Award を受賞
石山 達也（富山大理工・A01 計画研究分担研究者）

ることがわかりました。このことは、水の拡散転移と再結晶化温度が関係していることを示しています。水「固体高分子中の水の再結晶化に関する分子動力学研
究」

素結合数の計算においては、拡散転移が発生する温度
以上で高分子（エーテル基およびカルボニル基）と直接水素結合する水分子の割合が減少し、それに対応し2016 年 9 月に神戸で行われた第 10 回分子科学討論て水分子同士の水素結合割合が上昇することがわかり会において、富山大院理工の石山グループ修士課程 1ました。これらの結果から、再結晶化は昇温時の水分

年の八十島亘宏さんが分子科学会優秀ポスター賞を受

子の拡散運動の上昇により、水が凝集することにより賞しました。さらに、10 月に上海で行われた The 4thInternational

Conferenceon

Molecular

生じることが明らかになりました。

Simulation

研究を含め、八十島さんのポスター作成や発表練習(ICMS2016) において Best Poster Award を受賞しましの細部へのこだわりが今回実を結んだものと思います。

た。発表題目は“固体高分子中の水の再結晶化に関する

今後のさらなる固体高分子/水相互作用に関する研究

分子動力学研究”および“Molecular dynamics study onの進展が期待されます。

recrystallization of water in solid polymer”です。富山大学
内の実験グループ(源明誠准教授)[2]との共同研究とい参考文献

う形で開始した固体高分子中の水の構造および動的挙[1] M. Tanaka et al., Biomacromolecules, 2002, 3, 36.

動に関する研究が評価されたことは，本学グループと[2] M. Gemmei-Ide.; H. Kitano. J. Phys. Chem. B, 2008,

しても大変喜ばしいことと思います。

112, 12863

アクリレート系高分子は、その生体適合性の発現が高分子側鎖の種類により決まることが知られており、これまで側鎖と水との相互作用が生体適合性に関係して い る と い わ れ て き ま し た 。 含 水 し た poly
(2-methoxyethyl acrylate) (PMEA) を 0℃以下に急冷し、その後ゆっくり温めていくと、昇温過程にもかかわらず水が結晶化することが示差走査熱量計 (Differential
Scanning Calorimetry, DSC) により観測されます[1]。この現象は再結晶化または低温結晶化と呼ばれており、生体適合性との関係が議論されてきましたが、これまで具体的な結晶化メカニズムは明示されていませんで

図 1. アクリレート系固体高分子中の水のした。本研究では、分子動力学(MD)シミュレーション

拡散係数の MD 計算結果

を用いることで、固体高分子中の再結晶化メカニズムの解明に成功しました。
本研究では含水させたアクリレート系の固体高分子を 4 種類選択し 100K から 20K 毎に温度制御して MD
シミュレーションを行いました。シミュレーションにより、ガラス転移温度、水の拡散係数、高分子中の官能基と水との水素結合数の時間発展を計算しました。
その結果、水分子の拡散係数がそれぞれの高分子に特有の温度で転移することがわかりました（図 1）。さらに、この転移温度とシミュレーションによって見積もられたガラス転移温度に一定の相関が見られ、さらにこれらが実験でみられる再結晶化温度とも相関してい292

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No. 39平成 28 年 11 月

水瀬グループの藤本路夢さんが第 10 回分子科学討論会で優秀ポスター賞を受賞
水瀬 賢太 （東工大・A02 公募研究代表者）
大島 康裕 （東工大・A02 公募研究連携研究者）

は、極めて複雑かつ微細な節構造がはっきりと観測され、我々の装置の高いポテンシャルを示すとともに、分子運動の量子性と古典的運動を結ぶうえの重要な観A02 公募班

水瀬グループ（東工大）研究協力者の測結果を与えています（論文準備中）。本研究は、様々

藤本路夢さん（修士課程 1 年）が平成 28 年 9 月 13-15な低振動モード観測に向けた第一歩であるとともに、日に神戸で行われた第 10 回分子科学討論会で優秀ポ

本領域研究においても、分子の「機能的な動き」の視スター賞を受賞しました。受賞対象となった講演のタ

覚的理解・評価法への展開が期待される成果だと考え

イトルは「高分解能断層画像観測装置を用いた分子回ています。

転量子波束ダイナミクスの実時間イメージング」とい今回受賞した藤本さんは、昨年発足した東京工業大

うもので、我々のグループ独自の高解像度イメージン

学 大島研究室の初代学生であり、研究室の立ち上げにグの研究 1 を大きく発展させ、分子系の複雑な量子状

関わるアンカーボルト打ちや、10 kg もある ICF253 フ態の可視化に挑戦したものです。以下に研究の概要と、ランジの締め付けを含め、まさに研究室スタート時か本受賞にいたるまでの彼女自身の取り組みを紹介しまら率先して研究を推進しています。今回の受賞は、彼す。

女の研究に対する積極性・実行力が実を結び評価され我々は超高速の分子運動を実時間かつ高い空間分解たものとして、大変喜ばしいことと思います。受賞を能で可視化することで、本領域のキーフレーズである

機に、彼女の実力にますますの磨きがかかることを期「分子の柔らかさ（動きやすさ）」の深い理解と効果的待し、楽しみにしています。

な利用につなげることを目的としています。我々が特彼女の研究成果の一部は国際学術誌に投稿中またはに注目しているのは、分子間振動や大振幅振動のよう投稿準備中です 2, 3。掲載が決まり次第、本ニュースレ

な、系の構造を大きく変えるモードですが、こうしたターで紹介させていただきます。

低振動領域の運動の一例として、分子回転運動の実時
間イメージング研究を展開しています。最近我々は既存の手法を大きく上回る空間解像度、検出効率を両立する新しい画像観測装置を開発し、ピコ秒スケールで回転する分子のフェムト秒連続写真を撮影することに成功しました 1。高分解能な計測によって、回転波動関数の節構造がはっきりと観測され、運動の量子性（波動性）を含めた可視化、理解が可能となりました。
前述の研究では、回転量子数が 4 程度以下という、極めて低いエネルギー領域の観測にとどまっていました。より高いエネルギー、例えば室温レベルのエネル
ギー領域で運動の量子性がどのように表れ、その特徴をどこまで可視化できるのかに興味が持たれてきまし受賞者の藤本路夢さん（実験装置の前にて）．

たが、高い運動量子状態では、波動関数の節が増加し、ダイナミクスの速度も量子数にほぼ比例して加速する
引用文献

ことから、時間・空間分解能の高い計測が課題となっ[1] K. Mizuse, K. Kitano, H. Hasegawa, and Y. Ohshima,てきました。

Sci. Adv. 1, e1400185 (2015).

藤本さんの研究では、画像観測装置の心臓部（断層[2] K. Mizuse, R. Fujimoto, N. Mizutani, and Y. Ohshima,化機構）の改良、および実験上の試行錯誤により、量J. Vis. Exp. in press.

子数 10 にいたる回転波束ダイナミクスの観測に成功[3] R. Fujimoto, K. Mizuse, Y. Ohshima, in preparation.

しました。観測した画像（波動関数の 2 乗に相当）に293

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No. 39平成 28 年 11 月

第 4 回 ICMS 参加および C. Tian 研究室訪問報告
Wang Lin （東北大・A01 計画班森田グループ）of carbonate solvents for Li+ electrolytes. They
adjusted the force field parameters by fitting the
calculated solvation free energy of Li+ in electrolytes
to experimental or QM calculated data. The idea ofscaling partial charge is quite instructive.
I also obtained a chance to present my recent work
on MD and sum frequency generation (SFG) study oforganic electrolyte interface. We developed a generalprocedure to obtain polarizable and flexible force
field for organic compounds and applied it to thesimulation of interface structure and SFG. The
results provides a detailed understanding of SFG
spectra and interface structure of organic carbonatesin a molecular level.
This conference provides an excellent platform inmolecular simulation field. After communicatingwith other experts, it is quite helpful for my future
study and new research ideas.
On Oct. 27, I was invited to visit Prof. Chuanshan
Tian’s laboratory in Fudan University. Prof. Tian’s
research focuses on characterization of material
with nonlinear optical spectroscopy. He is an expert
on SFG measurement of various interfaces. In theafternoon, after Prof. Morita presented our recent
work, I deeply discussed with Prof. Tian and his
students about the combination of experimental
SFG and molecular simulation study of the interface
such as the cation-π interactions in battery systemand the possible influence to the interface structureand SFG spectra. This is quite instructive for myfuture study of solid liquid interface in battery
system.

The 4th International Conference on Molecular
Simulation (ICMS) was held at Shanghai on Oct. 2326. Over the past few decades, molecular simulation
has gradually developed into an essential tool which
is widely applied in diverse fields including
materials science, chemical engineering andbiochemistry. This conference provided a platform to
exchange ideas, facilitate collaborations, andpromote advances to science and technology related
to molecular simulation.
Since the 1st ICMS was hosted in Japan in 1994,
the number of participants grew with the second andthird iterations, in 2004 and 2013. This time, the 4th
ICMS was expanded into a major international
conference which has over 500 registeredparticipants and more than 200 oral presentations.
Although there are many excellent talks, here I only
introduce several of them.
The plenary lecture by Prof. William A. Goddard,
III (Caltech) introduced the first principles based
Reactive force field and the application to complex
materials and processes. Prof. Goddard proposed
Reactive force field which is based on quantum
mechanics (QM) calculations. By using this force
field, it is possible to describing reactive processes
for millions of atoms and retain QM accuracy. At thesame time, he developed the accelerated dynamics
for reactive simulations which can extend the timescale to the order of seconds. The methods weresuccessfully applied to oxygen reduction, catalytic
conversion and so on.
The plenary lecture by Prof. Susumu Okazaki(Nagoya University) introduced the all atom
molecular dynamics simulation of polio virus capsids.
They developed highly parallelized molecular
dynamics (MD) program and used supercomputers
to simulate virus up to 10 million atoms. They
investigate the stability, response to high pressure,and chemical environment inside the capsid.
Further, interaction between the capsid and its
receptor has also been studied. The results provide
useful information in a molecular level.
The invited talk by Prof. Susan B. Rempe (Sandia
National Lab.) introduced the molecular simulation

Left: Prof. Tian, Right: Wang Lin @Tian’s lab.

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No. 39平成 28 年 11 月

Stereodynamics2016 参加および IAMS,国立台湾大訪問報告
水瀬 賢太（東工大・A02 公募研究代表者）

り、当該分野の数多くの研究グループがある。学会会
場と近いこともあり、会期中および会期終了後の数日

2016 年 11 月 6 日から 14 日にかけて、本新学術領を使って、複数の研究室を訪問することができた。日

域研究の研究者海外派遣支援制度を利用させていただ

程的に１研究室を訪問するのがやっとと思っていたが、き、台湾での国際学会 Stereodynamics2016 への参加

ポスター発表の流れでそのまま訪問の機会をいただく

および中央研究院原子興分子科学研究所(IAMS)、国立など、幸運にも恵まれた。訪問した研究室は K. Liu 博

台湾大学の訪問を行った。今回の渡航は、幸運にも当士（交差分子線＋画像観測など）、Kenny Ni 博士（多初の計画以上に有意義なものとなった。以下に出張の

重 質 量 数 同 時 イ オ ン イ メ ー ジ ン グ な ど ）、 K.

概要を報告する。

Takahashi 博士（理論化学）、J. Lin 博士 （Criegee

渡航前半は化学ダイナミクス研究分野の国際集会で中間体など）、K. –C. Lin 教授（状態選別器など）であある Stereodynamics2016 に参加した。本学会は隔年る。各研究室が独創的かつハイレベルな研究をしておで世界各地を巡回しながら行われており、化学反応動り、学ぶことも多かったうえに、筆者の研究との比較

力学を中心としたトピックスを 1 週間にわたり議論す対応による議論も進み、充実した訪問であった。

るものである。例年も著名な研究者による最先端の講

研究室訪問では、台湾でも日本と似たような湿度と演が続くものであるが、今回は特に化学反応動力学に

敷地面積の問題があることを議論するなど、研究環境おけるノーベル賞 30 周年を記念した特別回であり、に触れる機会もあった。また、周辺環境として、今回受賞者の D. R. Herschbach 博士、 Y. T. Lee 博士（写の会場から遠くないところに IAMS の研究者ご用達の真）、J. C. Polanyi 博士が揃って講演するという、主電気電子部品店があるとの話を聞き、物品仕入環境を宰者曰く「またとない企画」が含まれていた。そのこ学ぶ意味でも、学会帰りに立ち寄ってみた。
（筆者の分ともあってか、各受賞者の弟子を含めた著名な研究者

野では実験装置は手作りのものが多く、電気工作の機が集結し、極めてレベルの高い講演・議論が行われた。

会も多い。
）日本の電気街と近い印象だが、PC パーツ

トピックスを絞った国際学会だが、収容人数 200 人のの充実度や部品の取扱いメーカーに特徴がみられた。

会場で立ち見が出るほどの盛況ぶりであり、若手研究

個人的には、日本では入手困難なダイオードを購入で者も多かった。3 名のノーベル賞受賞者を含め、口頭きたことは収穫であった。余談だが、電気街ではなぜ

講演者はほぼ著名な教授に限られていたが、講演の中

か各国の学会参加者が何人も歩いており、考えることには若手へのメッセージが少なからず含まれていた。

は一緒のようであった。

今回の記念大会に参加したことで大きな刺激を受け、今回の訪問で得た知見、刺激、人とのつながりを今

今後の化学ダイナミクス研究や関連分野発展の原動力

後の研究に活かしていきたい。最後に、渡航をサポーを得た研究者も多かったのではないかと思われる。
（少トいただいた本領域と、学会運営や片付けの合間を縫なくとも私はそうありたい。
）って、ポスター発表後の深夜まで訪問対応いただいた

講演では、Polanyi 博士は表面化学反応に関するまIAMS,台湾大のスタッフ、学生諸氏に深く感謝する。

さに最先端の成果発表を行い、Herschbach 博士は自身の研究者としての生い立ちからをインタビュー形式
で語っておられた。Lee 博士の講演はメタンと酸素原子の衝突反応の序論からエネルギー収支と社会生活の関連を問いかけにいたる大スケールのものであった。
他の講演でも、イオンイメージングや、その表面化学への応用、世界最高峰の交差分子線実験の成果といった最先端の内容が議論された。活発な議論はポスター
会場でも同様であり、筆者も多くの研究者と議論を交わすことができた。
今回の学会は台北市内の IAMS と台湾大の敷地内で

写真 Y. T. Lee 博士(左から 3 人目)を囲んで筆者（中央）と学会参加者. 写真撮影のご快諾に感謝します.

行われた。IAMS は化学反応動力学研究のメッカであ295

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No. 39平成 28 年 11 月

A03 班 片平グループの山置佑大さんがThe 43rd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry(ISNAC)において Outstanding Poster Award を受賞しました
片平

正人 (京都大・A03 公募班 研究代表者)

A03 柔らかな分子系公募研究片平グループ(京都大学)の研究協力者である京都大学エネルギー理工学研究所の山置佑大さん(博士研究員)が、2016 年 9 月 27日(火)から 29 日(木)の期間に、熊本大学工学部百周年記 念 館 で 開 催 さ れ た The 43rd International
Symposium on Nucleic Acids Chemistry (ISNAC
2016, 国 際 核 酸 化 学 シ ン ポ ジ ウ ム ) に お い て
Outstanding Poster Award を受賞したことをご報告
致します。
ISNAC は、1973 年に日本の核酸化学研究者が一同に会する国内会議として発足し、さらに 2005 年から
は国際会議として毎年開催されています。発表分野は核酸化学における遺伝子技術、分子生物学、ナノテク
ノロジー、医療応用、診断応用などを広く網羅しており、45 件の口頭発表と 122 件のポスター発表が行わ
図 1. カリウムイオンによる機能性核酸(リボザイム

れ、活発な議論が成された。
山置研究員は、グアニンとアデニンの繰り返し配列

およびアプタマー)の活性スイッチング. 高濃度カリ(GGAGGAGGAGG)をもつ短鎖 RNA(以下では R11 とウムイオン存在下でのみ R11 の四重鎖形成によって、呼ぶ)と他の機能性核酸であるリボザイム(酵素活性を両端の機能性部位が適切に配向され、活性構造が再構有する RNA)およびアプタマー(標的捕捉活性を有す成される。結果としてカリウムイオンによってリボザる RNA)を組合せ、これらの活性をカリウムイオンのイムやアプタマーの活性がオンとなる.

有無でオフからオンにスイッチする新規機能性 RNAを開発したことを報告しました(図 1)。これは R11 が高濃度カリウムイオン存在下でのみ四重鎖構造と呼ばれるコンパクトな構造を形成する、という当研究室でNMR 法による構造解析から明らかにした結果を応用したものです。さらにこのような機能性核酸を実際の生細胞内へ導入し、この細胞を丸ごと NMR チューブに入れて測定する in-cell NMR 法を発展させ、ヒト生細胞中の核酸分子に由来する NMR シグナルの検出に初めて成功したことを報告しました。
核酸化学分野および構造生物学分野における本発表の重要性が評価され、多くの発表の中から今回の受賞に至りました。山置研究員には今後更なる活躍を期待
ISNAC2016 の表彰式にて。右から 2 人目が山置したいと思います。

研究員。

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