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高速AFMを用いたATP合成酵素のダイナミクスと機械特性に関する研究

Publicly Offered Research

Project AreaInnovative nanoscience of supermolecular motor proteins working in biomembranes
Project/Area Number 21023010
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

内橋 貴之  金沢大学, 数物科学系, 准教授 (30326300)

Project Period (FY) 2009 – 2010
Project Status Completed (Fiscal Year 2010)
Budget Amount *help
¥4,400,000 (Direct Cost: ¥4,400,000)
Fiscal Year 2010: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2009: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywordsナノ計測 / ナノプローブ / 1分子イメージング
Research Abstract

前年度に高速AFMを用いてα_3β_3複合体でATP加水分解に伴うβサブユニットの構造変化を画像化することに成功した。本年度は、βサブユニットの構造変化の詳細を調べ協同性の有無を明らかにするための観察を中心に行った。
SPMシミュレータを用いてα_3β_3複合体の結晶構造モデルからAFM画像を再構成した結果、ATP非存在下ではα_3β_3複合体リング構造のうちβはαより凹凸が高く観察されることが分かり、実際に観察されたAFM像と良く一致した。一方、AMP-PNP存在下で観察されたAFM像は、一つのβが開状態で残り二つのβが閉状態であることが分かり、3つのβに同時にヌクレオチドが結合しないことが示された。また、観察されたAFM像は、ATPアナログ結合時の結晶構造から再構成されたシミュレイション像と良く一致し、開状態のβは閉状態より凹凸が高くなることも分かった。3つのβの中で最も凹凸が高い位置を追跡することで構造変化の協同性の有無を調べたところ、βの構造変化は反時計回りに一方向に進んでいることが明らかになった。ATP濃度依存性を調べた結果、βの構造変化の頻度に明瞭なATP濃度依存性がみられ、バルクで計測されたATPase活性のレートに非常によく一致した。ATPase活性はγサブユニットがある場合よりも1/100以下の値で、かつバックステップも多くみられるが、以上の結果はγがなくてもα_3β_3複合体内でATP加水分解の協同性が存在することを示している。αあるいはβが欠損した場合、構造変化の頻度が下がり、方向性も消失することから、サブユニットの構造変化を介して協同性が発揮されていると考えられる。

Report

(2 results)
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2011 2010 2009

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (12 results) Book (4 results)

  • [Journal Article] Structural changes in bacteriorhodopsin in response to alternate illumination observed by high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      M.Shibata, T.Uchihashi, H.Yamashita, H.Kandori, T.Ando
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 123 Pages: 4502-4505

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      D.Yamamoto, A.Taoka, T.Uchihashi, H.Sasaki, H.Watanabe, T.Ando, Y.Fukumori
    • Journal Title

      Proc.Natl.Acad.Sci.USA

      Volume: 107 Pages: 9382-9387

    • NAID

      120002165225

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      M.Shibata, H.Yamashita, T.Uchihashi, H.Kandori, T.Ando
    • Journal Title

      Nature Nanotechnology 5

      Pages: 208-212

    • NAID

      120002086392

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    • Publisher
      NTS(印刷中)
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Published: 2009-04-01   Modified: 2018-03-28  

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