1-6 物理生命システム科学科研究活動報告●学科●学科専任教員

物理生命システム科学科
石田浩（教授）金子寛生（教授）
斎藤稔（教授）

里子允敏（教授）
茶圓茂（教授）中里勝芳（教授）
橋本拓也（教授）
村山和郎（教授）
松下祥子（准教授）
東條正（助教）向井秀夫（助教）【研究の概要および結果 】
生命科学に関する研究
ミオシンフィラメント上で蛍光アクチンフィラメントを ATP 存在下に滑らせる実験において，ミオシンフィラ
メントの端から中央に向かうアクチンフィラメントの速度と，中央から端に向かう速度の活性化エネルギーを測定した。そして，端から中央に向かう滑りでは 44±5kJ/mol，中央から端に向かう滑りでは 79±4kJ/mol の値が得られた。中央から端に向かうアクチンフィラメントを滑らすには，ミオシンの頭は 180°回転して，相互作用しており，回転したミオシンの頭では ADP を遊離するタンパク構造が固くなっている可能性を示唆し，そのために速度が遅くなることがわかった。

（茶圓）

ホウレン草由来のチラコイド膜より得られたグラナ部分（BBY 膜）の表面構造を原子間力顕微鏡（AFM）を用いてタッピングモードで水中観察することに成功した。膜表面に 10-20nm 程度の粒子が多数見られ，粒子サイズから判断してこの粒子のほとんどは光化学系 II であると考えられる。また，往復直線運動を一定方向の回転運動に変換するための新たな機構を開発し，この機構を取り入れた流水発電装置を作製した。

（中里）

共通の触媒部位，共通の基本立体構造，共通の反応機構を持つ酵素間で，反応特異性に大きな違いが生じる機構について，分子動力学計算を用いて調べた。その結果，加水分解に必要な水分子の進入を，活性部位近傍のダイナミックな構造変化により巧みに制御しているメカニズムの存在を明らかにした。この知見は，新型の酵素の人工的設計に有用となる。

（金子）

マウス脳海馬において AMPA 受容体を活性化する AMPA 薬理刺激や電気刺激を用いて細胞内への Ca2+ 流入を引き起こし，それに対するコルチコステロンの影響を調べた。その結果，AMPA 薬理刺激の場合は大半が電位依存性カルシウムチャネル（VDCC）を介した Ca2+ 流入成分であった。一方，電気刺激の場合は半分が NMDA 受容体を介する Ca2+ 流入成分で，残りの半分が VDCC を介した Ca2+ 流入成分であった。そして，コルチコステロンはNMDA 受容体を介する Ca2+ 流入成分に対しては増強的に作用し，VDCC を介した Ca2+ 流入成分に対しては抑制的に作用することが分かった。

（斎藤）

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学会発表
Thermal activation energy for bidirectional movement of actin filaments along bipolar tracks of myosin filament.
大久保宏之，岩井雅則，岩井草介，茶圓 茂 第 47 回日本生物物理学会 , 2010. 9.20. 仙台
コルチコステロンはマウス脳海馬の CA1 領域において AMPA 刺激による Ca2+ 信号を急性的に調整する
斎藤稔，堤正樹，澤田和可子，小山内裕美，鈴木章義，小松崎良将，向井秀夫，川戸佳大会

第 33 回日本神経科学2010 年 9 月 2 日〜 4 日 / 神戸

マウス海馬 CA1 領域のテタヌス刺激による Ca2+ 信号に及ぼすコルチコステロンの急性効果
堤正樹，鈴木章義，小山内裕美，金セワ，小松崎良将，向井秀夫，川戸佳，斎藤稔

日本生物物理学会第 48 回

年会 2010 年 9 月 20 日〜 22 日 / 仙台
論文
Thermal activation energy for bidirectional movement of actin along bipolar tracks of myosin filaments. Biochemicaland Biophysical Research Communications may
Hiroyuki Okubo, Masanori Iwai, Sosuke Iwai, Shigeru Chaen. 396（2）539-542（2010）
Acute effects of corticosterone on Ca2+ signals in the rodent hippocampus, M.Saito, Current Topicsin Steroid Research8（2010）27-33.
［物性科学の研究］
密度汎関数法の欠点を補うために，有効ハミルトニアン法と組み合わせることにより，2 つの遷移金属原子間の磁気的相互作用に関する計算を行った。局在ワニヤー軌道を基底とした有効ハミルトニアンにおいて密度汎関数法による電子状態計算と一致すように行列表現を決め，有効ハミルトニアンを対角化することで多重項エネルギーの詳細な解析が可能となる . 具体的には Cs2Ti2Cl9 遷移金属化合物の磁化率などの実験結果と比較検討し，よく一致する結果を得た。今後，更に他の遷移金属化合物へも同様に実施し，この方法による計算の一般性について検討している。

（里子）

遷移金属酸化物など強相関物質では，エネルギーバンド理論が破綻する。本研究では，動的平均場理論を用いて，金属上に吸着したモット絶縁体原子層の電子構造を調べた。クラスター動的平均場理論を用いることにより，絶縁体原子層内の隣接原子間の短距離ゆらぎの効果を取り入れた計算を行った。吸着層の電子軌道と隣接する下地金属表面原子の電子軌道間の飛移り積分の増加とともに，絶縁体単原子層が金属になる様子を明らかにした。今回の計算でも，モット絶縁体吸着層は下地金属との軌道混成により金属状態になるが，従来の単一サイト近似とは異なり，金属化した絶縁体層のフェルミ準位付近には，フェルミ液体を特徴づける準粒子状態ピークが生じなかった。つまり面内原子間の強い相関効果により，吸着層は金属ではあるが，非フェルミ液体状態になることがわかった。
（石田）
アモルファス水素化シリコンの光伝導について実験とシミュレーションによる研究を行い，ホッピング伝導が重要な役割を担っていることを明らかにした。ダイヤモンドからの発光を用いて電子正孔プラズマの研究を行い，電24

子正孔濃度が比較的低くてもプラズマ状態が局所的に発生することを明らかにした。

（村山）

水素イオン導電性酸化物として知られている BaCe1-xYxO3-δ について単相試料合成方法および相転移挙動を解析し，燃料電池や水素ガスセンサーとしての応用に必要不可欠な情報を得る。本物質は従来，固相反応法で主に作製されていたが，我々の研究室でオリジナルに開発した液相法を用いて単相試料作製が可能であるかを検討した。本手法は原料に化学的な安定性が高い BaCO3，CeO2，Y2O3 を溶液にしてナノレベルで混合を実現することに特徴がある。従来の固相法では不純物の析出が不可避であったが，我々の方法で単相を作製する事に成功した。また Y 量の増大に伴い，結晶系が斜方晶から単斜晶に転移することを明らかにした。我々の作製した単相試料をもちいて，実際に燃料電池や水素ガスセンサーを作製し，その性能を評価する。

（橋本）［学会発表］
M. Shimizu, F. Fujishiro, T. Hashimoto “Preparation of Trivalent ion doped Barium Cerate via liquid phase and analysisof their phase transitions.” Proc. of the 12th Asia Conference on Solid State Ionics and 15th Chinese conference on SolidState Ionics, May 2-6, 2010, Wuhan, ChinaH. Suzuki, B. Delley and C. Satoko; Psi-k Conference 2010, Berlin（2010 年 9 月 14 日）"The application of the LDF method and the effective Hamiltonian method to systems in d- and f- multiplet states"［論文］
H. Ishida and A. Liebsch, “Fermi-liquid, non-Fermi-liquid, and Mott phases in iron pnictides and cuprates”, Phys. Rev. B81,（2010）054513（10 pages）．
H. Ishida and A. Liebsch, “Cluster dynamical mean-field study of strongly correlated heterostructures: Correlationinduced reduction of proximity effect”, Phys. Rev. B 82,（2010）045107（13 pages）．
A. Libecsh and H. Ishida, “Correlation-induced spin freezing transition in FeSe: A dynamical mean field theoryIshida”,
Phys. Rev. B 82,（2010）155106（5 pages）．
M. Shimizu, A. Aoto, T. Hashimoto “Preparation of BaCe1-xYxO3-δ single phase by liquid phase mixing method and its
structural phase variation on Y content.” J. Ceram. Soc. Jpn., 119（2011）417-421.

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