hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レ-ザ-デトネ-ションの基礎的性質

二年間にわたり研究を行った成果は次の様になる。研究手法としては,完全に数値解析によるレ-ザ-デトネ-ションの挙動解明と言う事になった。解くべき方程式は(i)流体に関してオイラ-方程式、(ii)電子・原子・分子の励起状態と基圧状態間の化学反応、遷移、非弾性衝突、弾性衝突及び制動輻射、逆制動輻射(レ-ザ-を吸収して気体をプラズマ化し、吸収したエネルギ-によってデトネ-ションを支持する基本的な機構)を支配するエネルギ-方程式と種の保存方程式、(iii)輻射強度を支配する方程式である。存在する化学種が多く、それらの間における反応・励起・失活速度定数の大きさに極めて大きな差(オ-ダ-にして510)があるので、問題は極めてstiffである。研究はこのstiffさを如何に解決するかに絞られたと言っても良い。現在のところ、推進剤気体(アルゴン)中の焦点にレ-ザ-を集中する事によって、ある誘起時間の後に極めて高い圧力と温度が発生し、いわゆる〔点火〕という状態を発生させる事が出来た。この後デルタ関数的パルスが、衝撃波を前面に押出しながら進行し、レ-ザ-吸収に十分な電離度のプラズマ発生を維持出来れば、レ-ザ-デトネ-ションが発生・進行したと言える。即ち〔伝播〕を作り出さねばならない。研究はこの段階で終了した。特にアメリカがこの研究に熱心であるが、1989・7・21にアメリカの〔レ-ザ-デトネ-ションワ-クショップ〕に出席し、現状を知る事が出来たので、そこで得られた最新の情報をまとめ、その概要を報告書中に入れておいた。全ての研究者がレ-ザ-吸収モデルを極めて簡単化しており、正しい原子分子物理と流体力学の数値解析に基いた研究は、これ迄全くなされていないので、上記の我が研究のレベルに自信を持つ事ができた。レーザー光を水素プラズマが吸収し、強い衝撃波を生成するプロセスが分子論的に研究された。逆制御輻射によりレーザー光は吸収されるのであるが、吸収に関与する電子の数密度を正しく見積るためには、原子の光励起、しょうとつ励起の素過程を正しく扱わなければならない。この素過程を正しく考慮した流体力学、種の保存、輻射流束の保存方程式を数値的に解析することから、研究を始めた。これ迄一次元平面波については、定常デトネーションの解を求め、レーザー光とデトネーション速度、衝撃波の強さなどの関係が得られている。球面中心にレーザーをフォーカスし、高温気体が行なう物理化学プロセスを解き、十分強い衝撃波を作り出し、これが吸収を促進するという自励作用が生じることを明らかにするのが目的である。これ迄のところ極めてStiffな方程式を、数値的に解き、或る程度の強さの衝撃波を作り出すところ迄成功した。20以上ある速度定数のオーダーが10も異なるStiffさを、「部分平衝近似」を導入することにより克服したが、レーザー強部を増すとこのStiffさが再び表面化し、解を得る迄にいたっていない。今後このStiff問題を解決し、数値解を得た後、実験研究へと進みたい。
マクロファージによるアポトーシス細胞の貪食機構およびそれに伴う炎症調節機構の解明

生体内ではマクロファージ等の食細胞が死細胞を認識し、これを速やかに貪食する。この貪食は、死細胞からの二次的な内容物の流失を阻止し、また自己に対する免疫寛容状態を維持するために重要な役割をしていると考えられている。我々はこれまでにマクロファージより産生、分泌され、マクロファージによるアポトーシス細胞の貪食を促進する働きを持つMFG-E8と呼ばれる分子を同定し、その機能を解明してきた。本研究では食細胞によるアポトーシス細胞の貪食に関与するMFG-E8以外の分子を同定する目的で、マクロファージ細胞株BAM3細胞の表面抗原に対するモノクローナル抗体を作成し、この細胞の死細胞貪食に影響を与える抗体をスクリーニングしたところ、貪食を阻害する複数の抗体を得た。この抗体の認識する分子をアフィニティークロマトグラフィーにより精製し、質量分析により解析したところ、SHPS-1と呼ばれる分子であった。種々の解析によりSHPS-1はターゲット細胞上のCD47分子と結合することにより、アポトーシス細胞をマクロファージにつなぎとめる(tethering)働きを持ち、死細胞の効率のよい貪食に寄与する分子であることが明らかとなった。また我々は、上述のMFG-E8分子と高い相同性を持つ、Del-1と呼ばれる分子の発現と機能解析を行った。Del-1はMFG-E8と同様にそのC末端のC1,C2domainでアポトーシス細胞上のフォスファチジルセリンに結合し、N末端のEGF-like domainでインテグリンに結合することにより、死細胞の貪食を促進する分子であることが分かった。またDel-1は種々のマクロファージに発現を認めたが、興味深いことに、各々のマクロファージはMFG-E8かDel-1のどちらか一つの分子のみを発現していることが分かった。マクロファージによるアポトーシス細胞の認識、貪食機構を解明する目的で、我々はマクロファージによるアポトーシス細胞の貪食能を定量的に評価するアッセイ方法を開発した。このアッセイを用いて、マウス腹腔マクロファージによるアポトーシス細胞の貪食を促進する抗体(2422抗体)を発見し、この抗体が認識する分子としてMFG-E8と呼ばれるタンパク分子を同定した。この分子はそのC末端でアポトーシス細胞の細胞表面上に出現するホスファチヂルセリンに結合し、N末端のRGD配列を含む部位でα∨β3インテグリンに結合する機能を持ち、アポトーシス細胞とマクロファージをリンクし、アポトーシス細胞の貪食を促す機能を持つ分子であることが明らかとなった。現在、この分子の生体内における役割について、詳細に検討を行っている。我々はまたマクロファージの細胞株の中で、アポトーシス細胞を貪食する能力を持つ細胞株を見いだした。この細胞株のアポトーシス細胞貪食の分子機構を明らかにするために、この細胞株をアルメニアハムスターに免疫し、細胞表面分子に対するモノクローナル抗体を作成した。この抗体を上述の貪食能を定量的に評価するアッセイ方法を用いてスクリーニングしたところ、この細胞株によるアポトーシス細胞の貪食を特異的に阻害する抗体を複数得た。現在、これらの抗体の認識する分子をアフィニティークロマトグラフィーにより精製し、その分子の同定を行っている。本研究において、我々は昨年度までにアポトーシス細胞を貪食する能力を有するマクロファージ細胞株BAM3細胞の表面抗原に対するモノクローナル抗体を作成し、この細胞の死細胞貪食に影響を与える抗体をスクリーニングし、貪食を阻害する複数の抗体を得た。本年度はこの抗体の認識する分子をアフィニティークロマトグラフイーにより精製し、質量分析により解析したところ、SHPS-1と呼ばれる分子であった。

SHPS-1は検討したすべてのマクロファージに高い発現を示し、ターゲット細胞上のCD47分子と結合することにより、アポトーシス細胞をマクロファージにつなぎとめる(tethering)働きを持ち、死細胞の効率のよい貪食に寄与する分子であることが明らかとなった。また我々は、これまでに死細胞の貪食を促進する因子としてMFG-E8を同定したが、そのMFG-E8分子と高い相同性を持つ、Del-1と呼ばれる分子の発現と機能解析を行った。Del-1はMFG-E8と同様にそのC末端のC1,C2damainでアポトーシス細胞上のフォスファチジルセリンに結合し、N末端のEGF-like domainでインテグリンに結合することにより、死細胞の貪食を促進する分子であることが分かった。またDel-1は種々のマクロファージに発現を認めたが、興味深いことに、各々のマクロファージはMFG-E8かDel-1のどちらか一つの分子のみを発現していることが分かった。現在、MFG-E8を含めたこれらの分子の生体内での機能について詳細に検討を行っている。アポトーシス細胞の貪食に伴う炎症調節の分子機構の解明については、現在までのところ、腹腔マクロファージにおいて貪食後にLPS刺激を行うと、抗炎症作用を有するサイトカインの産生量が5-10倍程度増加することを確認しており、この現象に関与する分子群の同定を進めている。
CAD/CAMによる高純度アルミナブリッジ製作法の開発研究

CAD/CAM技術応用による高純度アルミナブリッジ(INCERAM【.encircledR.】,VITA)のコアフレームの設計法を開発し、切削加工を試みた。(1)支台装置の設計法は、極座標系で計測した支台歯形状データからBスプライン曲面に逆変換し、これより曲面を生成するときに、法線方向に厚さ分大きく発生することで実現した。ポンティックの設計はまず、楕円の長径と短径を調節することで咬合面歯冠外形曲線を生成し、次に粘膜面との接触ポイント(今回は点接触とした)部に円筒座標系を想定して先の楕円との交点と接触点とを通る放物線を円周方向に36本発生させ、これをポンティック形状データとした。ポンティックと支台装置との連結部は、両者の形状データの和をとることにより自然に確保される。以上のコアフレーム設計法の妥当性は、次の課題であったアルミナブロックからの切削加工を実行することにより確認した。(2)切削加工プログラムの開発は、冠内面と外面加工の位置決め方法から開発した。本システムでは、あらかじめ基準面を付与したバイスにブロックを固定した段階で、ブロック自身に基準面を切削加工する。次に、内面切削後、ブロック基準面とバイス基準面とが合うように反転させることで、内面と外面切削の位置決めを行う。一連の加工ソフトは、まず、単冠のコアフレームで確認した後、(1)のブリッジコアフレームの切削も確認した。エンドミルのオフセットとフレーム厚さのコントロールは、設計時に使用した曲面の法線を利用して行った。(3)完成したコアフレームの支台歯への適合は、それぞれの支台歯について、0.5mm(歯頸部)0.9mm(辺縁隆線部)であった。また、ポンティックと支台歯しの連結部は、切削ツールパスを他の曲面と干渉しないように発生させることで(削り残すことで)確保することができた。従来のCAD/CAM補綴の加工対象を高純度アルミナにすることで、審美性も備えた新しいクラウン製作法を可能とすることと、複数支台のブリッジまで、本システムの応用範囲拡大をはかることを目的とした。1.ブリッジ設計法の開発研究(7月9月,分担者:藤田忠寛)各支台歯の極座標形状データから高純度アルミナ・コーピングの形態設計を行う場合、基本形状データの無いポンティック部については、回転楕円を発生することによる新たな設計法を考案した。ポンティックとの連結は、工具オフセットにより切削されない部分がそのまま連結部として残る。本研究成果は第1回ICP.AC(Nov.199)総会において発表した。2.高純度アルミナ切削加工法の開発研究(7月9月,分担者:深瀬敦)パーソナルモデリング・マシンPNC2550Hのドライバーソフトウエアを開発し、高純度アルミナ切削に最適な工具(エンドミル)の切削条件を設定した。工具オフセットはB-スプライン曲面の法線ベクトルによりおこなった。3.ブリッジの切削加工の試み(10月12月分担者:藤田忠寛、深瀬敦)上記1と2の研究成果を応用して実際のブリッジ切削システムを開発した。コーピング厚さは法線ベクトルによりコントロールし、内面と外面切削時の位置合わせを回転バイスによって行うことにより、高純度アルミナブロックをくり抜く形式で実現した。完成コーピングの支台歯への適合性は0.050.09mmの範囲で確保できた。本研究結果は神奈川歯学29巻3号(1994年12月発行予定:印刷中)に投稿した。

4.基本システムとしては完成したが、本研究成果の臨床への導入にあたって、(1)形状計測に約3時間を必要とするため、レーザー応用など新たな非接触式形状計測法の必要性。(2)切削中の粉塵、加工中の術者に対する安全確保(防護ケース)などの改善、対策が今後の課題として残されている。
甲状腺ホルモンの作用機構の解析に関する研究

癌原遺伝子c-erb AがNT_3Rをコードしているという最近の研究をふまえc-erb Aの遺伝子配列をもとにポリペプチドを合成し、これに対するポリクローナル抗体を作成した。この抗体のNT_3Rに対する作用を検討し、以下の成績を得た。(1)この抗体はラット肝、腎、脳、ヒト腎から作成したNT_3Rを種、臓器差なく免疫沈降した。(2)NT_3RのT_3結合を特異的に抑制した。阻害様式は競合的で、NT_3Rの最大結合容量は変化せず、結合親和定数が用量依存性に減少した。(3)ラット肝細胞質T_3結合蛋白(CTBp)、ヒト血中サイロキシン結合蛋白(TBG)を免疫沈降せず、それらのT_3結合能に影響しなかった。(4)ラット肝抽出核蛋白をこの抗体で免疫吸収すると、T_3結合能は著明に減少するがリバースT_3結合能は変化しなかった。(5)ヒト腎cDNAライブラリーからクローニングしたα、βc-erb AcDNAを用いin vitro転写翻訳産物を作成してこの抗体と反応させた所、c-erb Aα、βとも免疫沈降した。以上、c-erb Aに対する本抗体がNT_3Rを特異的に認識すること、及びNT_3RのT_3結合領域とCTBp、TBGのそれとは異っていること、従来同一と推測されていたNT_3RとリバースT_3結合蛋白は別である可能性が強いことを明らかにした。現在この抗体を用いてNT_3Rの分析をすすめている。2.甲状腺細胞におけるT_3レセプター豚甲状腺細胞核にT_3結合蛋白が存在し、その諸性状はラット肝NT_3Rと同であることを明らかにした。培養甲状腺細胞FRTLにもNT_3Rが存在しその数はTSHによって負に調節されていることを発見した。これの生理的意義は未だ不明であるが、TRHが下垂体NT_3Rを減少させる成績等と合われるとレセプターを介した視床下部ー下垂体ー甲状腺系の新しい調節機構の存在を示唆するものかもしれない。1.T_3核レセプター(NT_3R)抗体の作成癌原遺伝子c-erbAの蛋白産物がNT_3Rと同一という最近の発表をふまえc-erbAの遺伝子配列をもとにC端側20個のアミノ酸のポリペプチドを合成した.これを抗原として家兎に免疫し,抗体の作製をはかった所,数回のブースターの後,一羽の家兎から標識合成ポリペプチドと特異的に結合する抗体が得られた.この抗体と, ^<125>I-T_3・NT_3R複合体をインキュベートし,第二抗体の抗ウサギ四清,あるいはstaphylococcus aureus細胞(PANSORBIN)を加えた所, NT_3Rが免疫沈降することが示された.また抗体を標識し,これをNT_3Rとインキュベートすると免疫複合体を形成することが, PEGアッセイにて証明された.更にこの抗体は, HPLCで部分精製したNT_3RのT_3結合能を特異的に阻害した.以上,得られた抗体はNT_3Rに対する抗体である可能性が強く,現在ウエスタンブロットと,オートラジオグラフィーによる分析を進めている.

2.培養甲状腺細胞(FRTL細胞)におけるNT_3R動能先に豚甲状腺細胞にNT_3Rが存在することを発見したが,培養甲状腺細胞にもNT_3Rが存在し,その数がTSHによって減少することを見出した.FRTL細胞は強いTSH依存性の増殖を示すが, TSHを添加すると逆にNT_3は著明に減少した.この減少は, TSHによるDNA・蛋白合成,細胞内へのT_3の取り込み,内因性T_3の生産量の差などにもとづく見かけ上の変化ではなかった. TSHの効果は用量反応性で, CAMPもTSHと同様の効果を示した.TSHによるNT_3R数の調節の生理的意義はまだ不明であるが,培養下垂体細胞でTRHがNT_3Rを減少させることが報告されており,これらの成績は視床下部-下垂体-甲状腺系の新しい調節機構の存在を示唆するものかもしれない.癌遺伝子c-erb AがT_3レセプター(NT_3R)をコードしているという最近の研究をもとに前年度c-erb Aのポリペプチドを合成し、これに対するポリクローナル抗体を作成した。この抗体はラット肝NT_3Rを免疫沈降しT_3結合能も抑制する成績が得られた為、当該年度はこの抗体のNT_3Rに対する作用を詳細に検討し以下の結果を得た。(1)この抗体はラット肝腎、脳、ヒト腎から作成したNT_3Rを種、臓器差なく同程度に免疫沈降し、かつNT_3RのT_3結合能を特異的に阻害した。この効果は抗体の用量依存性であった。(2)NT_3RのT_3結合に対する阻害様式は競合的であり、最大結合容量は変化せず、結合親和定数は抗体の用量依存性に減少した。(3)この抗体はラット肝細胞質T_3結合蛋白(CT_3RBP)、ヒト血中T_4結合蛋白(TBG)を認識せず、両者のもつT_3結合能に影響を与えなかった。従ってCT_3BP、TBGのT_3結合領域とNT_3RのT_3結合領域は蛋白構造上異なっていることが推測された。(4)NT_3R分画とリバースT_3結合蛋白(rT_3BP)分画を含むラット肝抽出核蛋白を抗体であらかじめ免疫吸収すると、T_3結合能は著明に減少するのに対しリバースT_3結合能は変化しなかった。このことは従来同一蛋白である可能性が示されていたNT_3RとrT_3BPが別々の蛋白であることを示唆する。(5)ヒト腎cDNAライブラリーからクローニングされたc-erb Aα_1、βcDNAのin vitro転写翻訳産物は、本抗体で特異的に免疫沈降した。このことから本抗体がc-erb Aα_1及びβ型に対する抗体であることが確認された。以上c-erb A蛋白とNT_3Rが同一であることを抗体を用いた研究からも明らかにした。この抗体を用いてNT_3Rの分析を現在すすめている。また本抗体がNT_3Rを免疫沈降しかつT_3結合を阻害したことから、NT_3Rが複数個のT_3と結合する可能性もあり、現在モノクローナル抗体を作成し検討を行っている。
革新的熱流体シミュレーションによるソーラー水素製造の高効率化に関する研究

本研究では,内循環流動層式ソーラー水熱分解器内における熱流体シミュレーションモデル開発を行うと共に,ソーラー水熱分解器の高効率化・大型化設計技術の確立を図った。具体的な研究成果は以下の通りである。1)球面調和関数展開法による高速ふく射輸送解析モデルを応用した。この計算方法は,他の手法と比べて圧倒的に高速であり,太陽光が多重散乱を起こす流動層ソーラー水熱分解器に最適な手法であることを見出した。2)体積分率法を採用することで高密度流へと展開することが可能となり,上記のふく射輸送モデルと連成することにより,内部の流動・温度場に関するシミュレーションモデルを開発した。3)ソーラー水熱分解器をモデルとした,可視化実験用流路を作製した。粒子の運動はハイスピードデジタルカメラによって撮影し,画像処理を行うことで内部循環状態の定量的な評価を行った。上記の計算結果と比較することにより,予測モデルにフィードバックすることが出来た。4)以上の知見を基に新型ソーラー反応器である内循環流動層反応器を大幅に改良した。最終年度に当たる本年度は,内循環流動層式ソーラー水熱分解器内における熱流体シミュレーションモデル開発を行うと共に、ソーラー水熱分解器の高効率化・大型化設計技術の確立を図った。併せて研究の総括を行った。1)ふく射輸送解析は膨大な計算量を必要とするために,流体力学モデルとの結合は非常に困難であった。そこで,球面調和関数展開法による高速ふく射輸送解析モデルを応用した。この計算方法は,他の手法と比べて圧倒的に高速であり、太陽光が多重散乱を起こす流動層ソーラー水熱分解器に最適な手法であることを見出した。2)流動層内は,固体と気体が共存する固気二相流である。この固気二相流モデルは,体積分率法を採用することで高密度流へと展開することが可能となる。上記のふく射輸送モデルと連成することにより、内部の流動・温度場に関するシミュレーションモデルを開発した。上記の計算結果と比較することにより、予測モデルにフィードバックすることが出来た。以上より、太陽エネルギーによる水分解反応の高効率化・大型化設計技術の確立を図った。得られた知見は国内外の研究会にて発表し、多くの反響を得た。近年,申請研究者の属する新潟大研究チームでは高効率化・大型化に有利な「反応性セラミック粒子による内循環流動層式ソーラー水熱分解器」を開発している。さらに反応器の設計改良と大型化で熱損失を軽減し,エネルギー効率を極限まで高める研究開発が必要である。本申請課題では,内循環流動層式ソーラー水熱分解器内における対流・ふく射・化学反応が共存する熱流体現象を解明し,熱流体ー化学反応シミュレーションモデル開発を行う。これにより水熱分解器の高効率化・大型化設計の指針とすることを目的とする。今年度は下記の研究成果を得た。現時点では、化学反応までは含まれていないが、上記のふく射輸送モデルと連成することにより、内部の流動・温度場に関するシミュレーションモデルの基礎を作成した。3)ふく射・熱流体現象モデルの最適化を行うにあたって粒子の速度分布,温度分布を測定することは重要である。可視化実験装置は,ソーラー水熱分解器をモデル化し,内循環型の二次元的な流路を作製した。粒子の運動はハイスピードデジタルカメラによって撮影し,上記の計算結果と比較することにより、予測モデルにフィードバックすることが出来た。4)以上の知見を基に新型ソーラー反応器である内

循環流動層反応器を大幅に改良した。この新型システムによる反応器を国内特許として出願した(特願2012-018199号)。今年度における研究目的の達成度は以下の通りである。1)ふく射輸送モデルの改良:球面調和関数展開法による高速ふく射輸送解析モデルを応用し、太陽光が多重散乱を起こす流動層ソーラー水熱分解器に最適な手法であることを見出した。また、粒子の光物性などに関するデータを取得することが出来たため、この研究目的はほぼ達成されたと考えられる。2)固気二相流・化学反応解析モデル:流動層を解析するための二相流解析法の基礎を作成した。上記の研究目的で作成したふく射輸送モデルと連成することにより、内部の流動・温度場に関するシミュレーションモデルの基礎を築いたものの、可視化実験との比較検討をこの時点で重点的に行う必要があったため、化学反応モデルまでを含めることは時期尚早と判断した。よってこの研究目的についてはやや遅れている。3)可視化実験装置の製作・実験:可視化実験装置は,ソーラー水熱分解器をモデル化し,内循環型の二次元的な流路を作製した。粒子の運動はハイスピードデジタルカメラによって撮影し,上記の計算結果と比較検討を行い、モデルの修正に役立てることが出来た。本年度の可視化実験では、化学反応モデルまでは含まない予定であったので、本実験の目的は概ね達成されたと考えられる。一方、粒子追跡に関しては安価な民生用ハイスピードデジタルカメラで代用しているため、測定精度の面ではまだまだ不安が残っているので、今後の課題としたい。可視化実験装置の製作・実験において、まず室温レベルの実験から開始したところ、石英ガラスのような高価な材料を使わずに安価なアクリルガラスで作成出来るため、材料費が見積り額よりも少なくて済んだという状況である。後述するが、今後は高温場での可視化実験も開始するため、次年度において繰り越された資金を用いて新たに高温用可視化実験装置の製作を行う。一方、流動層内における粒子運動を追跡するためには、一般的に非常に高価な業務用ハイスピードカメラが必要であるが、今年度は室温レベルでの基礎実験を重点的に行ったため、安価な民生用ハイスピードカメラである程度代用が出来、その分の費用がかかっていない状況である。上述の通り、民生用カメラでは測定精度にまだ不安が残るため、今後はこの基礎実験を元に高温用可視化実験装置の測定精度の向上と、温度測定系の構築を次年度に重点的に行う。可視化実験装置の製作・実験において、今後は高温場での可視化実験も開始するため、次年度において繰り越された資金を用いて新たに高温用可視化実験装置の製作を行う。高温場での実験では高価な石英ガラス等を使用する必要があるため、初年度の製作費と比べて高額となる。一方、流動層内における粒子運動を追跡するためには、高価な業務用ハイスピードカメラが必要であるが、上述の通り、民生用カメラでは測定精度にまだ不安が残るため、今後はこの高温用可視化実験装置の測定精度の向上を目指す。
新しい相を活用する高六率目系液目応の開発

1.モデル反応におけるフルオラス溶媒およびフルオラス界面活性剤の添加効果オレフィンのエポキシ化をモデル反応として検討を行った。次亜塩素酸ナトリウムを酸化剤として用い、相間移動触媒としてはテトラブチルアンモニウムブロミドを用いてフェニルプロペニルケトンの相間移動エポキシ化反応を行った。その結果、通常の有機相-水相の相間移動触媒条件では1時間で16%しか目的物であるエポキシ体が得られなかったのが、フルオラス溶媒としてPFMC(パーフルオロメチルシクロヘキサン)、およびフルオラス界面活性剤としてフルオラスジオールを添加したところ、反応は大きく加速され、収率83%で目的物が得られた。2.種々の二相系反応における加速効果の検討エポキシ化以外の反応として、有機合成上重要な相間移動アルキル化反応を検討したところ、フルオラス溶媒およびフルオラスジオールの添加で同様な反応加速が観測された。3.フルオラス界面活性剤の探索反応が効率的に進行する分散系の形成させるためには、フルオラス界面活性剤の構造が重要であると予想される。フルオラス界面活性剤としてフルオラスエーテル・フルオラスアルコール・フルオラスカルボン酸塩・フルオラススルホン酸塩・フルオラスジオールを調製して検討したところ、フルオラスジオールの場合に最も大きな反応加速がみられ、中でも炭素数8のフルオラス基を有するジオールが最も効果が高く、アルキル化反応がわずか10分で96%進行した。
水分子によるヘム核酸複合体の酸化触媒作用調節機構の解明と機能設計への応用

本研究では、ヘム核酸複合体の酸化触媒作用がヘム鉄の軸配位子として結合する水分子により調節される仕組みを解明する研究を通して、当該特設分野研究の目標である、環境調和型、高効率かつ高選択的な化学反応を可能にする新規方法論の発見に貢献する知見を得ることを目的としている。平成30年度は、これまでの研究成果に基づいて、ヘム核酸複合体の酸化触媒作用で反応中間体として生じると予想した、Compound Iと呼ばれるオキソ鉄4価ポルフィリンπカチオンラジカル錯体を、電子スピン共鳴(ESR)およびストップトフロー(SF)により検出することに成功した。まず、液体ヘリウム温度(約4 K)で測定したESRスペクトルでは、Compound IにおけるS = 1/2状態のポルフィリンπカチオンラジカルとS = 1状態のヘム鉄の間のスピン交換相互作用による特徴的なシグナルをg値約2に観測することができた。さらに、SFで反応開始後0.005秒から8秒の間に測定された紫外-可視吸収スペクトルにおいて、波長約350 nm、約580 nm、約650 nmにCompound Iに特徴的な吸収が観測された。これらの結果から、ヘム核酸複合体の酸化触媒作用の分子機構は、典型的な酸化酵素であるペルオキシダーゼと同一であることが明らかとなった。また、ヘムを補欠分子族としてもつミオグロビンのヘムを57Fe標識したヘムに置換した試料を核共鳴非弾性散乱分光法(NRVS)で解析し、従来の研究では見逃されていたヘム鉄と軸配位子の結合に由来する伸縮振動バンドを検出することに成功した。NRVSのこの研究成果に基づいて、最終年度は、57Fe標識ヘムをヘム核酸複合体に組込んで、ヘム核酸複合体におけるヘム鉄と軸配位子の水分子の結合の性質を解明し、ヘム鉄の反応性が軸配位子水分子により調節される分子機構を明らかにする予定である。ヘム核酸複合体の酸化触媒作用の分子機構の解明のために重要な反応中間体の検出に成功した。ヘム核酸複合体が促進する酸化反応の中間体としてオキソ鉄4価ポルフィリンπカチオンラジカル錯体が生成することが明らかになった。オキソ鉄4価ポルフィリンπカチオンラジカル錯体は、通常、Compound Iと呼ばれ、ヘムを活性中心としてもつ酸化酵素ファミリーのペルオキシダーゼ等が触媒する反応の中間体で生成することが知られており、Compound Iの生成が触媒反応の律速過程であることが示されている。ヘム核酸複合体とペルオキシダーゼの触媒作用がいずれもCompound Iの生成を通して調節されていることが実証されたことから、ヘム核酸複合体におけるCompound I生成の分子機構を解明し、すでに解明されているペルオキシダーゼにおけるCompound I生成機構と比較検討することにより、ヘム鉄の反応性を調節する新規な分子機構を発見することが可能であると考えている。また、ヘム核酸複合体におけるヘムと四重鎖DNAの相互作用に構造化学的摂動を与えるために、ヘムが結合するG-カルテットを形成するグアニン塩基4つの内の1つを非標準塩基であるイノシン塩基(I)に置換してグアニン塩基3つとイノシン塩基1つが形成するG/I-カルテットをもつ四重鎖DNAを調製し、ヘムとの複合体の機能と構造の関係を解析した。Iの導入がヘム核酸複合体の酸化触媒作用およびヘム鉄と軸配位子の結合の性質に与える影響は小さいことが示され、ヘム核酸複合体におけるヘムの配位構造は比較的安定であることが明らかとなった。現在は、軸配位子の水分子を他の分子に置換することがヘム核酸複合体における機能と構造の関係に与える影響の解析を通して、ヘム鉄と水分子の配位結合がヘム核酸複合体の酸化触媒作用を調節する分子機構を明らかにする研究を実施中である。最終年度に当たる今年度は、ヘム核酸複合体におけるヘム鉄の反応性が軸配位子の水分子および四重鎖DNAとの相互作用を通して調節される分子機構を解明するために、核磁気共鳴分光法、電子スピン共鳴分光法、共鳴ラマン分光法、核共鳴非弾性散乱分光法(NRVS)、X線結晶構造解析、円二色性スペクトル、紫外-可視吸収スペクトル等の実験化学および分子軌道法、密度汎関数法等の理論化学により引き続きヘム核酸複合体を解析すると共に、これまでの研究で得られた知見を総合的に考察し、ヘム核酸複合体の酸化触媒作用が発現する仕組みを明らかにする。特に、実験化学では、ヘム核酸複合体におけるヘム鉄と軸配位子の水分子の結合の性質をNRVSで解析するために57Fe標識したヘムを用いてヘム核酸複合体を調製したいと考えている。NRVSスペクトルでは、メスバウアー活性の核種が関与する化学結合の振動バントのみが観測されるので、DNA由来の振動バントに煩わされることなく、57Feが関与する全ての化学結合の振動バントの観測が可能となるため、ヘム鉄と水分子の配位結合の性質を高感度で解析することが可能となる。さらに、NRVSスペクトルで観測される振動バンドは、量子化学計算に基づいて厳密に解釈できることから、バンドの帰属が容易であることもNRVSによる解析の利点の一つである。

そして、ヘム核酸複合体が促進する反応の中間体に関して得られた知見に基づいて推測される遷移状態の性質が、ヘムの電子構造、ヘム鉄の電子密度、四重鎖DNAの立体構造の変化によりどのような影響を受けるのかを明らかにする研究を通して、遷移状態を解明するための方法論の構築に寄与する研究成果を得ると同時に、ヘム核酸複合体が触媒する反応の遷移状態に関して得られた知見を一般化して、様々な化学反応における遷移状態の制御および設計に役立てるための基本的概念の提案を目指す。DNAに結合したヘムが高い酸化触媒活性を示すことが明らかになり、DNAの高次構造を通してヘムの機能を調節することが可能であることが示されている。本研究は、ヘムと四重鎖DNAが安定かつ特異的なヘムDNA複合体を形成すること、およびヘムDNA複合体の酸化触媒活性はヘム鉄に軸配位子として結合する水分子(H2O)によって調節されていることを明らかにした私共の研究成果に基づいて実施している。本研究では、ヘムDNA複合体の酸化触媒作用の遷移状態が軸配位子H2Oにより調節される機構を解明し、得られた知見をヘム核酸複合体の分子設計に役立てる。共鳴ラマン分光法により、ヘムDNA複合体の還元型ヘム鉄(Fe)に一酸化炭素(CO)が結合した状態で、Fe-C結合および配位子COの結合の伸縮振動数はそれぞれ約533 cm-1、約1955 cm-1であることを明らかにした。これらの結合の伸縮振動数は、一般的なヘムタンパク質で報告されている値とは大幅に異なることが明らかとなり、ヘムDNA複合体におけるヘム鉄の電子的性質の特異性が反映されてることが言える。現在は、ヘムDNA複合体のヘム鉄に結合したCOのトランス位に結合するH2Oの物理化学的性質の解析およびヘム鉄の反応性との関係を解析中である。また、実際に細胞の核内に存在する染色体のテロメア部位で、一本鎖DNAが折りたたまれて生じている四重鎖DNA類似の構造を調製してヘムとの相互作用を解析した結果、ヘムは四重鎖DNAの3'末端G-カルテットに特異的にスタッキングして安定な複合体を形成することが明らかになった。この発見により、四重鎖DNAを調製する際に用いる塩基配列の多様性を飛躍的に拡大させることができることになり、多様な四重鎖DNAを用いてヘムDNA複合体の調製を可能にするという観点から、今後の計画において重要な研究成果であると言える。私共は、6塩基配列程度のDNA断片が4分子集まって生じる四重鎖DNAとヘムの相互作用を解析する研究を行い、ヘムはDNA 4分子から生じる四重鎖DNAに特異的に結合して複合体をすると共に、生じた複合体は酸化触媒活性を示すことを明らかにしてきた。本年度の研究で、一本鎖DNAが折りたたまれて形成される四重鎖DNAを用いて解析を行った結果、DNA 4分子から生じる四重鎖DNAと比較して、一本鎖DNAの四重鎖DNAの方が、立体構造の安定性およびヘムとの相互作用のいずれにおいても著しく優れていることが明らかとなった。現在は、様々な塩基配列をもつ一本鎖DNAの四重鎖DNAとヘムの複合体の酸化触媒活性を測定中であり、予備的な結果から、当該複合体の酸化触媒活性は、DNA 4分子から生じる四重鎖DNAとヘムの複合体よりも高いことが示唆されている。また、RNA 4分子が形成する四重鎖とヘムの相互作用も解析中であり、四重鎖RNAは四重鎖DNAよりも強くヘムと相互作用することを示す結果を得ている。ヘム核酸複合体におけるヘム鉄の反応性の調節機構を解明するために、DNA 4分子から生じる四重鎖DNA、一本鎖DNAの四重鎖DNAおよびRNA 4分子が形成する四重鎖RNAそれぞれとヘムの複合体の酸化触媒作用が、ヘムの化学修飾を通したヘム電子構造の系統的摂動により受ける影響を解析中である。これら一連のヘム
有機分子触媒による高機能キラル合成素子の環境調和合成

有機分子触媒反応の連結によって大量合成が可能となった2種のシクロヘプタノイド型キラル合成素子に潜在する合成化学的機能性の開発を機軸として、創薬リードモチーフとして期待されるヒドロアズレノイド化合物の多様かつ迅速合成を可能とする高機能キラル合成素子を創製することに成功した。また、環境調和したアルコールの酸化を実現する有機ニトロキシルラジカル型酸化触媒のさらなる有用性を開発すべく、高度に官能基化された生物活性化合物の合成中間体アルコールの酸化への適用を図り、反応条件の精査を経て、合成化学的適用性を拡張するとともに新規高活性触媒を作製することに成功した。本研究は、著者らが独自に開発したニトロキシルラジカル型有機分子触媒およびキラル3級アミン型有機触媒の有用性を開発し、これにより単純で入手容易な出発物質から高度に官能基化されたキラルbicyclo[5.3.0]decane誘導体を種々合成するとともに、これらを基点として、有用医薬資源リード分子構造:bicyclo-[5.3.0]decane環システムの実用的かつ環境調和した合成法の開発を目的とするものである。計画研究の初年度に当たる本年度は、先に申請者らが開発したキラル合成素子:8-oxabicyclo-[3.2.1]oct-3-en-2-oneの大量かつ簡便な製造を可能とする第二世代合成法を検討した。その結果、超原子価ヨウ素試薬を用いる新規分子内環化エーテル化反応の効率性を向上することに成功した。また、腎腫瘍治療薬リードenglerinA骨格への変換を視野に入れてキラルbicyclo[5.3.0]decane素子の合成を検討し、8-oxabicyclo[3.2.1]oct-3・en-2-oneとシクロペンタジエンとのDiels-Alder環化付加を鍵とするbicyclo[5.3.0]decane骨格の合成ルートを開拓した。一方、素子の精密修飾と応用展開を視野に入れて、有機ニトロキシルラジカルを触媒とするアルケンおよび関連化合物の酸化反応を検討した結果、シリルエノールエーテルからのα,β-不飽和ケトンへの変換法および1,2-ジケトンへの変換法を開発することに成功した。有機分子触媒を活用して調製されるシクロヘプタノイド型キラル合成素子8-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-2-oneへのジアステレオ制御下のシクロペンタン環の増築を鍵として、短工程かつ高収率でヒドロアズレノイド型化合物に至る2つの合成経路を確立することに成功した。すなわち、(1)8-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-2-oneとシクロペンタジエンとのDiels-Alder反応とそれに伴い生成するシクロヘキセン環の開裂と位置選択的アセタール化を鍵工程として、精密修飾したヒドロアズレン誘導体を合成するルートと、(2)素子エノン部の還元とエノールトリフラート化を経て(E)-1-oxo-2-butenyl基を導入後、有機強酸処理によってNazarov環化を惹起してシクロペンテノン部を増築し、そのエノン部のジアステレオ選択的還元を経てヒドロアズレン骨格を構築するルートを開発した。前者からは抗腫瘍活性セスキテルペノイドであるエングレリンAの既知合成中間体およびレドールの形跡合成を行い、キラル素子としての有用性を実証した。また、アルコール酸化触媒1-Me-AZADOLの短工程合成の検討途上で得られたオキサアザホモアダマンタンがアルコール酸化触媒として機能することを発見した。さらに、シクロヘプタノイド型素子合成の鍵工程となるKornblum-DeLaMare転位反応の効率向上を期して新規触媒の探索を行った結果、N,N-ジメチルアミノアダマンタンが優れた反応性を示す触媒として機能することを見いだした。(1)有機色素テトラフェニルポルフィリンを触媒とする光増感一重項酸素生成反応と(2)一重項酸素とシクロヘプタジエンの[4+2]付加環化によって形成するメソ対称性エンドペルオキシドを基質とする、キラル3級アミン触媒不斉Kornblum-DeLaMare反応の、2つの有機触媒反応の連結によって大量入手可能となった光学活性4-ヒドロキシシクロヘプタ-2-エン-1-オンに潜在する合成化学的機能性を開発した。具体的には、4ーヒドロキシシクロヘプタ-2-エン-1-オンが具備するジアステレオ制御能を活用して、シクロヘプタン環へのシクロペンタン環のジアステレオ分岐増築法を確立した。そして、これにより得られるヒドロアズレン型化合物を基点として抗腫瘍活性天然物エングレリンの形式合成を達成した。また、4-ヒドロキシシクロヘプタ-2-エン-1-オンの4位水酸基の立体化学を拠点として、Rh触媒分子内C-H挿入反応を鍵工程とするα-メチレン-γ-ブチロラクトンの短工程増築法を開発し、これより植物アレロパシー活性天然物キサンタチンの全合成に成功した。一方、当研究室で開発したオキサアザホモアダマンタン型酸化触媒を不斉修飾したキラル酸化触媒を合成し、このものを用いたラセミ第2級アルコールの速度論的分割反応を活用して光学活性含窒素アルコールの簡便合成法を開発し、これより創薬化学的有用性が認められるキラルアミノアルコール類の合成に適用して本方法論の有用性を実証した。昨年度までの研究で確立した2つのシクロヘプタノイド型キラル合成素子、すなわち、4-ヒドロキシシクロヘプタ-2-エン-1-オン(1)と8-オキサビシクロ[3.2.1]

オクト-3-エン-2-オン(2)に潜在する合成化学的機能性の開発を機軸として、ヒドロアズレノイド(ビシクロ[5.3.0]デカン)型キラル合成素子を創製することに成功した。具体的には(1)を原料として、その基質制御に基づくシクロペンタン環の増築を経てヒドロアズレノイド型合成素子(3)を合成し、これよりRh触媒分子内C-H挿入反応を鍵工程とするαーメチレンーγーブチロラクトン増築によって抗腫瘍活性セスキテルペン天然物アルグラビンの全合成を行い、(3)のキラル合成素子としての有用性を実証した。一方、(2)を原料として、ナザロフ環化によるシクロペンタン環の増築を経てヒドロアズレノイド型合成素子(4)を合成し、これよりRh触媒C-N形成反応を含む高ジアステレオ制御下の連続的な官能基変換を経て、腎腫瘍治療薬リードとして期待されるエングレリンの全合成に成功し、(4)のキラル合成素子としての新たな機能性を開発した。また、有機ニトロキシルラジカル型酸化触媒のさらなる有用性を開発すべく、高度に官能基化された抗腫瘍活性海洋天然物イルシニアスタチンB、がん転移抑制活性を示す新規天然物フサリセチンA、変形イソキノリンアルカロイドであるタルキエニンの合成中間体アルコールの酸化への適用を図り、反応条件を精査を経て、合成化学的適用性の拡張を果たした。有機分子触媒反応の連結によって大量合成が可能となった2種のシクロヘプタノイド型キラル合成素子に潜在する合成化学的機能性の開発を機軸として、創薬リードモチーフとして期待されるヒドロアズレノイド化合物の多様かつ迅速合成を可能とする高機能キラル合成素子を創製することに成功した。また、環境調和したアルコールの酸化を実現する有機ニトロキシルラジカル型酸化触媒のさらなる有用性を開発すべく、高度に官能基化された生物活性化合物の合成中間体アルコールの酸化への適用を図り、反応条件の精査を経て、合成化学的適用性を拡張するとともに新規高活性触媒を作製することに成功した。本研究は、著者らが独自に開発したニトロキシルラジカル型有機分子触媒およびキラル3級アミン型有機分子触媒の有用性を開発し、これより高機能キラル合成素子の創製を通じて、精密有機合成における未来型分子変換の具現化を目指すものである。当該研究期間においては、特に有用医薬資源リード分子構造として注目を集めるbicyclo[5.3.0]decane環(ヒドロアズレノイド)システムの実用的かつ環境調和した合成法の開発を目指す。計画研究の2年目に当たる本年度は、前年度開発したシクロヘプタノイド素子を基点としてNazarov反応によるヒドロアズレノイド骨格の効率的構築を検討した。その結果、素子の機能性を発揮して所望のbicyclo[5.3.0]decane環を構築する条件を見出すことができた。一方、昨年度に見出した不斉Kornblum-DeLaMare転位生成物(γ-ヒドロキシケトン生成物)を基質とする超原子ヨウ素試薬:Koser's試薬による酸化的エーテル化反応の適用性拡張について検討を行った。シクロヘプタン環の基質では一部、収率に不満を残すものの幅広い基質適用性を確認することができた。興味深いことにシクロオクタン環基質を同様の反応条件に付したところ、新規環開裂反応が進行してキラルブテノリド化合物が得られることを見出した。
高等植物におけるリン欠乏応答としての生体膜脂質の質的転換とその機構

生体内でのリンは、DNAやRNAなどの核酸の構成成分、ATPなどのエネルギー供与体、タンパク質のリン酸化によるシグナル伝達などに重要な役割を果たしているが、植物体内のリンの約3割がリン脂質として生体膜を構成しており、生体内リンのひとつの大きなプールとなっている。一方、植物の葉緑体においてはモノガラクトシルジアシルグリセロール(MGDG)とジガラクトシルジアシルグリセロール(DGDG)の2つの糖脂質が全膜脂質の80%以上を占めており、これら.の糖脂質が葉緑体の機能に密接に関わっていると考えられている。これまでMGDGやDGDGなどのガラクト糖脂質は高等植物においては葉緑体のようなプラスチドに特異的な脂質であり、ミトコンドリア膜や細胞膜には存在しないと考えられてきた。しかし、最近の我々や国内外の一連の研究によって、リン欠乏条件下においては、リン脂質含量の著しい低下が起こり、それに呼応して、ガラクト糖脂質生合成系が顕著に活性化されることが明らかとなってきた。本研究では、リン欠乏条件に適応した生体膜を持つリン欠乏耐性植物の分子育種のための基盤的研究として、リン欠乏応答としての生体膜脂質の質的転換の機構を明らかにし、低リン酸条件に適応した植物の育種を目指して研究を行った。主な研究成果と発表論文は以下の通り。1.リン酸欠乏時においてtypeB MGDG合成酵素遺伝子が根などで強く発現し、リン欠乏への適応に関わることが分かった。Kobayashi etal.Plant Physiol.20042.リン欠乏時の膜脂質の転換にオーキシンが必要であることを示した。一方、植物の葉緑体においてはモノガラクトシルジアシルグリセロール(MGDG)とジガラクトシルジアシルグリセロール(DGDG)の2つの糖脂質が全膜脂質の80%以上を占めており、これらの糖脂質が葉緑体の機能に密接に関わっていると考えられている。本研究では、リン欠乏条件に適応した生体膜を持つリン欠乏耐性植物の分子育種のための基盤的研究として、リン欠乏応答としての生体膜脂質の質的転換の機構を明らかにし、低リン酸条件に適応した植物の育種を目指す。本年度は以下の研究を行った。1.リン酸欠乏時におけるtypeB MGDG合成酵素遺伝子の発現制御機構に関して解析した。その結果、オーキシン輸送阻害剤やサイトカイニンがリン酸欠乏時の根におけるtypeB遺伝子の発現を抑制することが分かった。また、切除した根を用いた実験から、typeB遺伝子のリン酸欠乏応答にオーキシンが必要であることが示された。2.リン酸欠乏時に応答するphospholipaseC遺伝子(NPC4)を同定し、リン酸欠乏条件におけるNPC4遺伝子の発現誘導を明らかにした。また、NPC4を大腸菌で発現し、NPC4の基質特異性を明らかにした。さらにNPC4のノックアウト変異体では、リン酸欠乏条件においてphospholipaseC活性の増大が全く起こらないことから、NPC4が実際、リン酸欠乏条件でのリン脂質分解活性の増大に寄与していると考えられる。

生体内でのリンは、DNAやRNAなどの核酸の構成成分、ATPなどのエネルギー供与体、タンパク質のリン酸化によるシグナル伝達などに重要な役割を果たしているが、植物体内のリンの約3割がリン脂質として生体膜を構成しており、生体内リンのひとつの大きなプールとなっている。一方、植物の葉緑体においてはモノガラクトシルジアシルグリセロール(MGDG)とジガラクトシルジアシルグリセロール(DGDG)の2つの糖脂質が全膜脂質の80%以上を占めており、これらの糖脂質が葉緑体の機能に密接に関わっていると考えられている。これまでMGDGやDGDGなどのガラクト糖脂質は高等植物においては葉緑体のようなプラスチドに特異的な脂質であり、ミトコンドリア膜や細胞膜には存在しないと考えられてきた。しかし、最近の我々や国内外の一連の研究によって、リン欠乏条件下においては、リン脂質含量の著しい低下が起こり、それに呼応して、ガラクト糖脂質生合成系が顕著に活性化されることが明らかとなってきた。本研究では、リン欠乏条件に適応した生体膜を持つリン欠乏耐性植物の分子育種のための基盤的研究として、リン欠乏応答としての生体膜脂質の質的転換の機構を明らかにし、低リン酸条件に適応した植物の育種を目指す。本年度は以下の研究を行った。1.前年度、リン酸欠乏時におけるtypeB MGDG合成酵素遺伝子のリン酸欠乏応答にオーキシンが必要であることが示されたが、そのオーキシン要求性が、リン酸欠乏時の膜脂質の変換そのものにも見られることが明らかになった。また、リン酸シグナルと同様な効果を持ちながら、植物が利用することのできない亜リン酸をリン酸と同時に植物に与えるとTypeB MGDG合成酵素の発現や膜脂質の変換が全く認められないことが判った。この際オーキシンを与えてもType B遺伝子の発現は全く起こらなかった。このことは、リン酸欠乏時の膜脂質の転換にはオーキシンとPiシグナルの両方が必要であることを示している。2.前年度、リン酸欠乏時に応答するphospholipaseC遺伝子(NPC4)を同定し、この酵素が実際、リン酸欠乏条件でのリン脂質分解活性の増大に寄与していることを示した。本年度はこのNPC4が細胞膜に存在することを証明し、これらの結果をまとめてJBCに報告した。
アルコール燃焼反応モデルの系統的構築へ向けた反応素過程の研究

アルコール燃料の燃焼反応モデルの系統的構築の基となる反応初期過程について実験,理論により包括的な検討を行った.ヒドロキシアルキルラジカルと酸素分子の反応について,βヒドロキシアルキルラジカルでは低温,低圧条件において過酸化ラジカルへの安定化とOH脱離経路が競合することが示された.ヒドロキシメチルラジカルと酸素分子の反応に関する準古典トラジェクトリー計算とRRKM計算の比較により,HOCH2OO中間体からCH2O + HO2へ解離する過程において非統計的な振る舞いを示す軌跡が若干見出されたが,その頻度は低くRRKM理論による反応予測が可能であることが示された.アルコール燃料の燃焼反応モデルの系統的構築の基となる反応初期過程について実験,理論により包括的な検討を行った.ヒドロキシアルキルラジカルと酸素分子の反応について,βヒドロキシアルキルラジカルでは低温,低圧条件において過酸化ラジカルへの安定化とOH脱離経路が競合することが示された.ヒドロキシメチルラジカルと酸素分子の反応に関する準古典トラジェクトリー計算とRRKM計算の比較により,HOCH2OO中間体からCH2O + HO2へ解離する過程において非統計的な振る舞いを示す軌跡が若干見出されたが,その頻度は低くRRKM理論による反応予測が可能であることが示された.アルコールの着火・燃焼で重要となるβ-ヒドロキシアルキルラジカルと酸素分子の反応について,レーザー光分解/近赤外キャビティリングダウン分光法による素反応計測装置の開発と量子化学計算,遷移状態理論/支配方程式解析による理論計算を行った.流通式管型反応器,分布帰還型半導体レーザー及び高反射率ミラーからなる過渡吸収用キャビティリングダウン分光装置を設計,製作し,基礎データの取得と性能評価をおこなった.理論計算では炭素数2, 3のβ-ヒドロキシアルキルラジカルと酸素分子の反応のポテンシャルエネルギー曲面を探索した.申請者がこれまでにおこなったα-ヒドロキシアルキルラジカルの反応と比較するとHO2ラジカル脱離経路の反応障壁は大きく,過酸化ラジカルへの再結合安定化経路とOHラジカルの脱離経路が重要となることが示唆された.β-C2H4OH + O2に関して遷移状態理論/支配方程式解析による反応速度及び生成物収率に関する検討を行った.室温7.6 Torrにおける速度定数は4.6×10^-12 cm^3 molecule^-1 s^-1となり,既往の実験報告(3.0±0.4)×10^-12 cm^3 molecule^-1 s^-1と良く一致した.生成物の分岐比は圧力に大きく依存し高温,低圧ではOHラジカル生成経路が,低温,高圧ではHOC2H4OO過酸化ラジカル生成経路が重要となることが明らかになった.アルコールの着火・燃焼で重要となるヒドロキシアルキルラジカルとO2の反応について,理論,実験により検討を行った.理論検討においてはα-ヒドロキシメチルラジカル(CH2OH)とO2の反応について準古典トラジェクトリー計算とRRKM/支配方程式計算の比較,β-ヒドロキシエチルラジカル(CH2CH2OH)とO2の反応のRRKM/支配方程式計算による反応速度定数,反応分岐比の温度,圧力依存の予測を行った.CH2OHとO2の反応の準古典トラジェクトリー計算ではHOCH2OO中間体からホルムアルデヒド(CH2O) + HO2ラジカル生成過程に関して,ポテンシャルエネルギー曲面の鞍点付近ではなくCH2OH + O2経路とCH2O + HO2経路が隣接する領域に存在するvalley-ridge変曲点付近を通過する軌跡も確認された.このことは該当反応の非統計的振る舞いを示唆するが,その寄与はわずかであり,通常想定される温度温度範囲においては統計力学を基にするRRKM理論による予測と一致した.このことからα-ヒドロキシアルキルラジカルにおいてもRRKM理論/支配方程式解析による理論計算が有効であると考えられる.燃焼化学実験研究では計測用いるレーザー光分解/近赤外キャビティリングダウン分光装置の設計,製作及び性能評価を行った.理論研究では幾つかのヒドロキシアルキルラジカルに関するポテンシャルエネルギー曲面の探索を行うとともに,最も小さいC2H4OH + O2反応に関して反応速度定数と生成物分岐比に関する計算を行った.実験,理論研究それぞれの進捗は当初の計画に対しおおむね順調に進展している.本年度は完成した計測装置を用いた反応速度,生成物の実験計測及びC2H4OH以外のヒドロキシアルキルラジカルの理論計算を行い,実験と理論との比較検討を行う.申請者がこれまでに検討してきたα-ヒドロキシアルキルラジカルと酸素分子の反応の知見も踏まえ,置換基効果や過酸化ラジカル安定化エネルギー,生成物経路への反応障壁エネルギー等の観点から整理し,より炭素数の大きなヒドロキシアルキルラジカルと酸素分子の反応素過程予測に関する普遍則を見出す.計測装置の消耗品一括購入による値引き適用による.実験試薬や真空配管,継手等消耗品の追加購入に用いる.
放線菌の線状ゲノムのダイナミックな構造変化の解析

今年はこれまでの成果の多くを報文としてまとめることができた。すなわちMM9株においては、線状染色体の左右のアーム置換によって異常に長い末端逆位配列(terminal inverted repeats, TIRs)が形成されたことをJ.Bacteriol.に発表した。また301-22株においては、こうしてできたlong TIRsが更に欠失し、欠失末端同士がTIR内で結合して巨大パリンドローム構造(closed racket frame structure)が形成されたことを同じくJ.Bacteriol.(印刷中)に発表した。しかし、パリンドロームの先端部のクローン化が困難であることから、その塩基配列はまだ決定できていない。402-2株の染色体逆位については、2つの逆位部位及びそれに対応する親株DNAの詳細な比較によって、逆位に比較的大きなトランスポゾン様配列(約7kb)が関与していることが明らかになった。親株ではこの配列が1コピーあるのに対して、402-2株では2コピーある。それゆえ、402-2株では2コピー目のトランスポゾンが染色体に逆向きに挿入され、初めのコピーと相同組み換えを起こして2Mbにも及ぶ染色体逆位が起こったことが推定された。2106株においては、線状染色体と線状プラスミドSCP1が一点交差して2つのキメラ染色体が形成されたことを報文にまとめた(投稿中)。S.coelicolor A3(2)染色体と線状プラスミドSCP1の全塩基配列が明らかになったので、それを利用してJCM4979株のSCP1プラスミドラダーの構造をほぼ推定することができた。これをhybridizationとsdquencingによって更に確認する予定である。SCP1の末端蛋白ついては、その単離とTOF-MSによる解析を試みたが、まだ同定するには至っていない。