2001 Fiscal Year Annual Research Report
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11167203
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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) |
上田 太郎 産業技術総合研究所, ジーンディスカバリー研究センター, 主任研究員
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 | 筋肉 / 分子機械 / タンパク分子モーター / 人工筋肉 / 分子間情報伝達 / 情報伝達分子素子 / 静電アクチュエータ / エンタルピーエントロピー補償 |
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| Research Abstract |
骨格筋のアクトミオシンでは、ミオシンモータードメインS1はATP分解反応により非常に短いアクチンを6〜10mm/sという高速で駆動する。アクトミオシンのATP分解速度は101/s程度であり、1個のATP分解でアクチン分子10個分以上を移動する計算になる。これはモーター分子ミオシンS1の5倍以上の距離に相当するので、S1の構造変化以外にもなんらかの駆動機構があるはずである。それはアクチン自身に備わっている可能性がある。そこで本研究では駆動機構に関連するアクチンフィラメントの構造変化の検出をめざす。また、工学的応用としてアクトミオシンに近いエネルギー密度、高効率シンクロ運動機構を模倣した有機無機複合材料システムによるモデルの構築をめざす。
a)アクチンの遣伝子を導入したキメラミオシンの作成
細胞性粘菌により、アクチンの遺伝子をアクチン結合部として知られるミオシンS1のループに入れたキメラミオシンを作成する事に成功した。これまでキメラの構造とATP分解活性、重合活性を調べた。キメラのみのATP分解活性は0.11/sであるものが天然のアクチンと重合することで1.71/sまで活性があがり、アクチン側の重合がミオシンのATP分解活性に大きく影響することを見出した。さらにこの性質が協同的なものかどうか調べている。
b)モデルの設計・試作
筋肉のエネルギー密度は0.5W/cm2、効率は50%を超える。アクチンがミオシンS1を駆動するしくみをモデル化し工学的材料システムとして実現を図る。静電エネルギーを高密度に閉じこめる材料として、モデルアクチンフィラメントとして高分子樹脂とセラミクスを規則格子状に配列した材料の作成にとりくんでいる。モデルミオシンとして微小電極を配置した基板を用い、幾何形状と電圧印可による発生力の関係を調べている。これまで、ほぼ予想値の力が発生できることを確認している。今後理論の整備とそれに基づき実験的に基礎特性把握に取り組む。
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[Publications] T.Kamie, K.Yokoyama, H.Minami, M.Suzuki: "Hydration of Apomyoglobin in Native, Molten Globule, and Unfolded states by using Microwave Dielectric Spectroscopy"Biophys.J.. 82. 418-425 (2002)
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[Publications] M.Suzuki, H.Sato, T.Kamei: "Hydration Study of Oligosaccharides and polymer Geisby Microwave Dielectric Spectroscopy"Trans.Materials Res.Soc.Jpn.. 26. 643-646 (2001)
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[Publications] 2) K.Yokoyama.T.Kamei, H.Minami, M.Suzuki: "Hydration of Globular Proteins by Microwave Dielectric Spectroscopy"J.Phys.Chem.B. 105. 12622-12627 (2001)
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[Publications] 鈴木誠: "筋肉におけるエネルギー変換:その熱力学的性質と工学的モデル"Proceedings of the TED-COF.'01, JSME. 11-16 (2001)
