1999 Fiscal Year Annual Research Report
カスケードスイッチ機構を有するタンパク分子機械のモデル化
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11167203
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 誠 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60282109)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠原 健一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10292244)
樋口 秀男 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90165093)
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| Keywords | 分子スイッチ / 分子機械 / タンパク分子モーター / 溶媒応答性分子 / 分子間情報伝達 / 情報伝達分子素子 / 分子内構造転移 / エンタルピーエントロピー補償 |
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| Research Abstract |
タンパク分子が何らかの刺激を受けるとその構造が変化し、酵素活性をONにしてある反応を進行させる。その結果さらに次の反応が誘起されるという連鎖的な反応が多様な機能を実現している。筋肉にあるミオシンはATP加水分解反応によりアクチン繊維に運動を起こさせるモータータンパクである。ATPを分解する反応ステップはミオシン表面の疎水性の変化と密接に絡んでいることをこれまで行った誘電法による水和解析により明らかにしてきた。要約すれば、タンパク1分子の中にエンタルピーの高い状態とエントロピー的に高い状態の2つの構造をとることが可能で、しかもそれぞれ自由エネルギーレベルではあまり変わらない場合には、わずかな外部刺激で1つの構造からもう一方の構造へ変化することができる。ちょうど相転移が1個の分子で起こっているようなものである。このエンタルピーとエントロピーを補償させる機構を応用してやれば、ON/OFFスイッチを1個の分子で確実に起こさせる手法として利用できる。われわれは、この原理ではたらく1分子スイッチを有機化学的に作成することを試み(2R,3R)-N,N'-Dialkyl tartaric acid amideを合成した。この分子は、疎水基が1対、水素結合部位が1対、それらが拮抗して結合するようにヒンジ(不斉炭素をつなぐシグマ結合)1つを有する。これらn-アルキル/ピレニル酒石酸アミド(butyl,hexyl,octyl,decyl,dodecyl、pyrenyl)は、CDCl_3・CH_3OH混合溶媒系でメタノールの濃度変化によりコンフォメーション変化が不連続にかつ可逆的に起こることからスイッチ機能を有していることがわかった。
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[Publications] M.Suzuki: "Motor Protein Mechanism Coupled with Hydrophobic Hydration/Dehydration Cycle"Polymer Sensors and Actuators,Springer. 361-369 (1999)
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[Publications] K.Shinohara: "Direct observation of dynamic behavior of single molecules of a linear p-conjugated polymer with a total internal reflection fluorescence microscope"Trans.Materials Res.Soc.Jpn.. (in press). (2000)
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[Publications] 篠原健一: "キラル酒石酸アミドの分子内相互作用On/Off制御による分子スイッチ機能構築"Polym.Prep.,Jpn.. 48. 3098-3099 (1999)
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[Publications] 樋口秀男: "モータータンパク質1分子の動きをみる"可視化情報. 20. 13-18 (2000)
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[Publications] 樋口秀男: "生体リニア分子モータ1分子の動きを見る"トライボロジスト. (印刷中). (2000)
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[Publications] 日本生物物理学会: "水と生命-熱力学から生理学へ-"共立出版(印刷中). (2000)
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[Publications] 長田義仁: "バイオミメティクスハンドブック"エヌ・ティー・エス(印刷中). (2000)
