高時空間分解能一分子観察と理論解析を組み合わせた分子モーター運動解析法の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work |
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| Project/Area Number |
17H05899
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Institute for Molecular Science (2018)
Okazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences (2017) |
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Principal Investigator |
中村 彰彦 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (20752968)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2018)
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| Budget Amount *help |
¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2017: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | キチナーゼ / 1分子計測 / バイオマス / 分子モーター / 一分子解析 / 結晶構造解析 / 加水分解酵素 / 一分子観察 / 反応速度論解析 / 糖質加水分解酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体基質を分解するにはまず表面に吸着し、分解可能な結晶のほころびを捉えて分解を開始する必要がある。分解開始可能な位置が限られるため、効率的な分解には一度動き始めたら連続的に分解反応を起こす必要がある。そこでバクテリアの一種 S. marcescens 由来キチナーゼ(SmChiA)の運動を金コロイドをプローブとして全反射暗視野顕微鏡での 1 分子測定を行った。この観測系では 0.5 ms の時間分解能で 0.3 nm の位置精度を達成し、SmChiA の前進及び後退のステップサイズ が主に 1.1 nm であることを直接観測した。加えて後退運動と復帰運動の時定数から、後退状態と前進状態で自由エネルギー状態に差がないことも明らかとなった。一方で X 線結晶構造解析により得られた中間体構造を基に、理論的に計算した可溶性オリゴ糖と SmChiAの結合自由エネルギーは前進状態の方が-23 kcal/mol ほど安定であった。よってこの結合エネルギー差を用いてキチン分子鎖の脱結晶化を補償していると考えられる。また運動観測数から計算した前進運動割合は 84%であり、運動は前進方向に偏っていた。前進運動後は 分解反応が可能な基質酵素複合体状態であると考えられ、後退運動と分解反応が競合していると推定される。そこで2つ反応の時定数比から分解反応の割合を計算すると 86%であることから、分解反応と前進運動は同義であると解釈できる。即ち SmChiA は物理的な運動により脱結晶化状態を安定化し、分解反応により後退運動を抑制する事で平衡状態を前進方向に シフトさせている Burnt-bridge ブラウニアン ラチェットモーターであることが明らかとなった。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Rate constants, processivity, and productive binding ratio of chitinase A revealed by single- molecule analysis2018
Author(s)
Akihiko Nakamura, Tomoyuki Tasaki, Yasuko Okuni, Chihong Song, Kazuyoshi Murata, Toshiya Kozai, Mayu Hara, Hayuki Sugimoto, Kazushi Suzuki, Takeshi Watanabe, Takayuki Uchihashi, Hiroyuki Noji and Ryota Iino
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Journal Title
Phys. Chem. Chem. Phys.
Volume: 20
Issue: 5
Pages: 3010-3018
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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