Development of energetics of biomolecular motor F1-ATPase from the perspective of physical plausibility

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01864
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Nakayama Yohei 東北大学, 工学研究科, 助教 (20757728)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 壮伸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10642324)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 分子モーター / 非平衡熱力学 / 非平衡統計力学

Outline of Final Research Achievements

A biomolecular motor F1-ATPase may operate not only as a molecular motor driven by the hydrolysis of adenosine triphosphate (ATP), but also as a part of ATP synthase. We clarified that these two operations are not simply the reverse processes of each other, but are qualitatively quite different. A key idea was to reconsider the physical validity of a formula used in a previous research. In addition, we elucidated mechanisms behind an asymmetry between the two operations.

Free Research Field

非平衡熱・統計力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

明らかになったメカニズムは、分子モーター・ATP合成酵素のどちらかとして動作している場合のみに働く制御機構とみなせる。ATPは細胞内のエネルギー通貨と呼ばれる分子であるため、その合成を担うF1-ATPaseの制御は精密になされていると期待できる。そのため、今回得られた成果は他の生体分子モーターや人工分子モーターに制御機構を実装する上での指針になる、という意義がある。