2015 Fiscal Year Annual Research 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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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
有賀 隆行 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (30452262)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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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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| Outline of Annual Research Achievements |
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）を用いて、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きた。
これまでに、フィードバック制御を備えた光ピンセット顕微鏡法を確立し、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外力に正弦的な摂動を加えた時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、揺動散逸定理の破れを観測してきた。また、その物理的意味を確かめるため、キネシンの現象論的な運動モデルを作成し、シミュレーションを行った。本年度はさらなる装置の改良を行い、外力と速度の関係を精密に計測することで、シミュレーション用のパラメータを実験的に求め、より精度の高いシミュレーションを行った。その結果、シミュレーションは実験結果をほぼ再現し、さらにキネシンの応答に対しては解析解を求めることもできた。それらの知見から、キネシンは、可逆的なモーターであるF1と違って荷物を介した非熱的散逸の寄与があまり大きくないこと、その原因にはキネシン茎部の緩和挙動が大きく関わっていることなどが明らかになった。
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