| Project/Area Number |
21K19210
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
HISABORI TORU 東京工業大学, 国際先駆研究機構, 特任教授 (40181094)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石内 俊一 東京工業大学, 理学院, 教授 (40338257)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | ATP合成酵素 / 完全複合体 / 回転 / 蛍光標識 / 酸化還元制御 / ATP合成活性 / γサブユニット / ATP合成 / リポソーム |
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| Outline of Research at the Start |
ATP合成酵素は、中心軸のγサブユニットが反時計回りに回転することによりATP加水分解を行う分子モーターである。これまで、酵素反応の詳細が生化学的に調べられ、生物物理学の研究対象として回転の力学特性も明らかにされている。しかし、クライオ電子顕微鏡観察により、膜内在性部分と可溶性部分からなる酵素複合体の全体構造が解明された現在でも、ATP合成時の時計回りの回転についてその詳細は明らかにされていない。そこで、リポソームに再構成した酵素を標識し、偏光照射による蛍光の退色と酵素反応に伴う蛍光の回復により回転を測定する新たな実験系を構築する。そして、ATP合成反応時の回転の速度論的解析を行う。
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| Outline of Final Research Achievements |
This study aimed to demonstrate the rotation of ATP synthase during ATP synthesis using fluorescent molecules that undergo photobleaching and fluorescence recovery. The following key findings were obtained. (1) ATP synthase from the green alga Chlamydomonas was isolated as a complete complex, and a method was established to embed the enzyme catalytic site outwardly oriented in artificial liposomes. (2) Cy3 molecules were introduced into the γ subunit as stable fluorescent labels. However, due to limitations in detection sensitivity, the current setup was unable to demonstrate enzyme rotation. (3) Molecular mechanism of the redox regulation of ATP synthesis reaction was revealed using ATP synthase incorporated into liposomes. Key amino acids on the α subunit, crucial for enzyme complex stability, were identified.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
生体内のATP合成反応は、生命の基幹エネルギー物質であるATPを生産する普遍的な反応である。生体膜に存在してこの反応を担うATP合成酵素の反応機構、および、特に光合成生物のATP合成酵素が特異的に持つ制御機構を解明することは、生体エネルギー分野長年の夢であり、極めて重要な研究と位置付けられる。ATPが生体内のあらゆる生命現象に対してエネルギーを供給しているその重要性を考えると、ATPの生産機構を総合的に解明することは、生物の生産性の向上などに直結する知見となるものであり、エネルギー獲得や食糧増産など人類社会に貢献する研究である。
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