2013 Fiscal Year Research-status Report
生体分子モーターキネシンの非平衡エネルギー変換効率の定量
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25870173
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
有賀 隆行 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30452262)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | １分子計測・操作 / 生体物質の物理 / 非平衡物理学 / エネルギー変換 / 生体分子モーター |
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| Research Abstract |
生体内では、様々な生体機械がエネルギー変換装置として働いている。これまでの研究では、主としてATP加水分解の化学ポテンシャルを力学的な仕事に変換する分子モーター（キネシン等）を題材に、分子の機能に着目した観察研究が主流であった。しかし、そのメカニズムの理解の急速な発展と比較して “エネルギー変換”としての物理的側面に関しては理解が遅れているのが現状であった。本研究では、非平衡系で成り立つ最新の理論を利用した一分子キネシンのエネルギー変換効率の定量的な計測を通じて、生体分子という“物の理”を理解すると共に、現在急速に発展しつつある非平衡物理学の基礎となるデータを提供することを目的として研究を行っている。本年度は、１分子の野生型キネシンについて、入力となる自由エネルギー（化学ポテンシャル）変化を制御しながらフィードバック制御を備えた光ピンセット顕微鏡法により力学的出力の測定を行い、エネルギー変換効率を定量した。その結果、入力の自由エネルギー変化に応じて最大力が変化し、その値は生体内での自由エネルギー変化の前後でほぼ一定となる変換効率が得られたが、効率は100％には満たなかった。次に、様々な外力の摂動を与えたときの応答と速度相関を計測し、新しい非平衡関係式と比較することで非平衡度に応じた比熱的な散逸の計測を行った。その結果、予備的ながら有限の非平衡散逸の値が得られ、その解釈について理論の研究者と議論を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に記載した本年度の研究実施計画のうち、計測機器の開発や改良を通じて分子モーターキネシンの野生型についてのエネルギー変換の定量、および非平衡散逸の計測の両者に於いていくつかの計測データが得られ、結果の解釈を行う事が可能となった。この点ではおおむね順調に進展しているといえる。ただし、得られた結果の議論を通じて、その解釈を巡っては新しい非平衡関係式を定式化した理論家の間でも意見が分かれ、一筋縄ではいかない状態となっている。この問題点については、ある意味非自明な物理現象の発見に繋がっている可能性もあり、今後の展開が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
前述のとおり、野生型キネシンのエネルギー変換効率および非平衡散逸の定量については予備的な結果が得られ、その解釈を巡っては議論が続いている。一分子の研究では一度の計測でアンサンブル平均をとることができないため、まずはこのデータを統計的に解釈できるだけの数を集め、またその結果に一応の解釈を付けることが先決である。その解釈を巡って、いくつか実験系の問題点も理論家から指摘されており、その問題を解決するための変異体の作成および計測、比較検討などと展開していく予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は本来、研究計画に予定されていたキネシンの摂動応答計測における計測精度を向上させるための設備備品費として計上しており、その機器の選定と見積もり請求・評価などを行っていた。しかしながら、国外の機器購入に当たり国内代理店として指定されていた業者とやりとりを続けていたにもかかわらず、その業者からの応答が途絶えてしまい、機器選定が白紙に戻るというトラブルが起こって購入できない自体に陥ってしまったため、使用額を確定させることもできないことから、多くの次年度使用額が生じる理由となった。
当初の計画どおり、キネシンの摂動応答計測における計測精度を向上させるための設備備品費として利用する計画であるが、他の業者から同等の物品が購入できないか検討する。
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Research Products
(2 results)
