2019 Fiscal Year Annual Research Report
Unravelling fundamental interactions underlying the rotation mechanism of F1-ATPase
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17K05562
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐々木 一夫 東北大学, 工学研究科, 教授 (50205837)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉留 崇 東北大学, 工学研究科, 助教 (90456830)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | F1-ATPase / ポアソン過程 / 回転子・固定子相互作用 / 回転スリップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き，タンパク質回転モーターF1-ATPaseの回転機構に関わる基本相互作用の解明に関して，二つの観点から理論的研究を進めた．一つは，F1-ATPaseの回転子に一定の外部トルクを加えたときに観察される拡散の増大に着目し，もう一つは，回転子に外部トルクを加えたときに生じる，化学反応を伴わない回転スリップという現象に焦点を当てたものである．
前者に関しては，昨年度の研究により拡散増大が起きる物理的機構を明らかにすることができた．その際， 化学反応による相互作用の切り換えがポアソン過程で近似できる，という仮定を導入した．今年度は，この仮定の妥当性を検証するために，簡単なモデルを用いて，反応が起きるまでの待ち時間（first-passage time）の分布関数を計算する問題に挑み，厳密な結果を得ることができた．分布関数はポアソン過程で期待される指数分布に非常に近い関数であることが判明し，上記の仮定の妥当性が示された．
第二の回転スリップの問題は，F1-ATPaseのエネルギー変換効率に深く関わる点で重要であり，既存の実験データより推測されるスリップの発生頻度から，回転子・固定子相互作用とポテンシャル切り換え速度の角度依存性を推定できる可能性があり興味深い．回転スリップを論じた先行研究（Sumi and Klumpp, Nano Letters, 2019）では，F1-ATPaseの回転速度のトルク依存性の実験データに基づいて回転スリップの発生頻度を議論したが，回転子・固定子相互作用には注目しなかった．本研究では，これまでの知見をもとにして推定される相互作用から出発して，相互作用ポテンシャルを様々に変えて回転速度のトルク依存性の計算を行ったが，実験を再現には至らなかった．この結果は，このような解析を進めることで回転子・固定子相互作用の関数形を絞り込むことができることを示唆する．
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Research Products
(5 results)
