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2012 Fiscal Year Research-status Report

プロトン駆動力によって回転するATP合成酵素の化学力学共役機構の解明

Research Project

Project/Area Number 24770148
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

渡邉 力也  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30540108)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Keywords1分子生物物理学 / ATP合成酵素
Research Abstract

本研究では、プロトン駆動力によるATP合成酵素(FoF1)の回転運動を可視化し、その作動機構を徹底的に解明することを目的としている。FoF1はタンパク質でできた分子モーターの一種で、細胞膜に埋め込まれたFoと水溶性のF1の2つの回転モーターから構成される(図1)。Foは細胞膜の両側のプロトン濃度差と電位差で形成される“プロトン駆動力”を原動力とし回転する。また、F1は化学反応と力学運動が可逆的な共役関係にある稀有な性質を有しており、ATP加水分解を駆動力とし自律的に回転するだけでなく、外力によって逆方向に強制回転させるとATP加水分解の逆反応であるATP合成を行うことが知られている。ちなみに、生体内のFoF1ではプロトン駆動力によるFoの回転によりF1は強制的に逆回転させられ、生理的に重要なATPの合成を担っていると考えられている。上述の稀有な性質と生理的な重要性から、FoF1は長年に渡り世界中の研究者から強い関心を惹いている。この興味深いFoF1の作動原理を解明すべく様々な実験手法が用いられてきたが、その中でも回転運動の1分子計測は中心的な役割を果たしてきた。ATP加水分解時のFoF1ならびにF1単独の1分子計測はすでに達成されている。一方、プロトン駆動力で回転する様子の1分子計測は達成されていない。本年度、私は当科研費の支援を受け、FoF1のプロトン駆動回転を直接可視化する計測系の開発をし、FoF1のプロトン駆動回転の作動原理の一部を解明することに成功した。本研究成果はNature Communications誌に掲載された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度の研究は2つの項目から構成される。
1)FoF1のプロトン駆動回転の直接可視化技術の開発。
2)FoF1の酵素活性の1分子計測技術の開発。
1)に関しては、上述の通り達成され、その研究成果はNature Communications誌に掲載された。2)に関しては、開発中ではあるが、本年度中に完成する見通しが立っている。

Strategy for Future Research Activity

現在のペースを守り、申請課題をすべて達成したい。特に本年度は酵素活性の1分子計測技術の確立に注力していきたい。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

研究費は主に酵素活性の1分子計測用のマイクロデバイスの試作に利用する予定である。

  • Research Products

    (10 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 3 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Biased Brownian stepping rotation of FoF1-ATP synthase driven by proton motive force2013

    • Author(s)
      Watanabe, R., Tabata, KV., Iino, R., Ueno, H., Iwamoto, M., Oiki, S., & Noji, H
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 4 Pages: 1631

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chemomechanical coupling mechanism of F1-ATPase: Catalysis and torque generation2013

    • Author(s)
      Watanabe, R., Noji, H.
    • Journal Title

      FEBS Letters

      Volume: 8 Pages: 1030-1035

    • DOI

      10.1016/j.febslet.2013.01.063

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Novel Platform to measure the proton pump activity by FoF1-ATP synthase using micro-fabricated lipid membrane arrays

    • Author(s)
      Watanabe, R., & Noji, H.
    • Organizer
      Gordon Conference Bioenergetics
    • Place of Presentation
      ニューハンプシャー・アメリカ
  • [Presentation] Direct observation of the rotary motion of FoF1-ATP synthase in ATP synthesis condition

    • Author(s)
      Watanabe, R., Tabata, K.V., Iino, R. & Noji, H.
    • Organizer
      Biophysical Society
    • Place of Presentation
      フィラデルフィア・アメリカ
  • [Presentation] FoF1-ATP合成酵素のプロトン駆動力による回転運動の直接観察

    • Author(s)
      Watanabe, R., Okuno, D., Iino, R., Shimabukuro, K., Yoshida, M. & Noji, H.
    • Organizer
      日本生体エネルギー研究会
    • Place of Presentation
      岡山・日本
    • Invited
  • [Presentation] Mechanical modulation of catalytic power of F1-ATPase

    • Author(s)
      Watanabe, R., & Noji, H.
    • Organizer
      CECAM
    • Place of Presentation
      ルガーノ・スイス
    • Invited
  • [Presentation] Direct observation of H+-driven rotation of FoF1-ATP synthase

    • Author(s)
      Watanabe, R., Tabata, K.V., Iino, R. & Noji, H.
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      名古屋・日本
    • Invited
  • [Presentation] Direct observation of the rotation of FoF1-ATP synthase driven by the proton motive force.

    • Author(s)
      Watanabe, R., Tabata, K.V., Iino, R. & Noji, H.
    • Organizer
      European Bioenergetics Conference
    • Place of Presentation
      フライブルグ・ドイツ
  • [Book] 化学フロンティア23 1分子ナノバイオ科学の新パラダイム2013

    • Author(s)
      渡邉力也.
    • Total Pages
      in press
    • Publisher
      化学同人
  • [Book] CSJ10巻 ここまで進んだバイオセンシング・イメージング2012

    • Author(s)
      渡邉力也, 野地博行
    • Total Pages
      207
    • Publisher
      化学同人

URL: 

Published: 2014-07-24  

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