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一分子生理学の立ち上げ:一個の分子機械の機能と構造変化の直接観察

Research Project

Project/Area Number 04F04188
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Biophysics
Research InstitutionWaseda University (2005-2006)
National Institutes of Natural Sciences Okazaki Research Facilities (2004)
Host Researcher 木下 一彦  早稲田大学, 理工学術院, 教授
Foreign Research Fellow PATRA Digambara  早稲田大学, 理工学術院, 外国人特別研究員
PATRA Dingambara  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 日本学術振興会外国人特別研究員PD
Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2006: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2004: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
KeywordsF1-ATPase / 磁気ビーズ / エネルギー変換 / ATP合成 / 変換効率 / F_1-ATPase / 磁気ピンセット / トルク / ブラウン運動
Research Abstract

ATP駆動の回転分子モーターであるF1-ATPase(以下F1)は、回転子であるγサブユニットを外力により逆回転させると、ADPと燐酸からATPを合成する。すなわち、化学エネルギー(ATP加水分解により得られる自由エネルギー)と力学エネルギー(回転に伴う力学的仕事)をどちら方向にも変換できる、可逆なエネルギー変換分子機械である。ATP分解のほうがどのように回転を生み出すかにかんしては、かなり分かってきたが、合成のほうはまだ基礎データもほとんどない。
我々は、合成機構に迫るため、γサブユニットに1μm程度の磁気ビーズを結合させ、電磁石によりビーズを自在に回転させる系を開発した。磁力が強いときは、正逆どちらの方向にもビーズ(従ってγ)を何回転でも回転させることができ、この操作でF1は壊れない。ところが磁力を弱めていくと、溶液条件により回転させられる場合とできない場合があることを発見した。逆回転(ATP合成方向)の場合、溶液中にADPと燐酸が両方存在するとき、弱い力でも回転させられる。正方向の場合は、ATPの存在が回転を容易にする。当たり前のようであるが、これらの結果は、F1の中にスイッチが内蔵されていて、必要な基質を溶液中から結合できたときに始めてスイッチがオンになって先に進める(回転を続けられる)仕掛けになっていることを意味する。効率よいエネルギー変換のためには(空回りを防ぐには)スイッチが必要なことは予想されていたが、実験的証明は初めてと思われる。F1の構造から、各スイッチ(基質ごとに異なると予想)は120度おきに3個あると考えられるが、実際にそれを示唆するデータが得られた。

Report

(3 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report

Research Products

(3 results)

All 2006

All Journal Article (2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Investigation of polar and stereoelectronic effects on pure excited state hydrogen atom abstractions from phenol and alkylbenzenes2006

    • Author(s)
      Uwe Pischel, Digambara Patra, Apurba L.Koner, Werner M.Nau
    • Journal Title

      Photochemistry and Photobiology 82(1)

      Pages: 310-317

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Learning Chemistry : One molecule at a time2006

    • Author(s)
      Digambara Patra
    • Journal Title

      Research Journal of Chemistry and Environment 10(1) March

      Pages: 1-1

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Book] Chemical and biochemical fluorescence sensors, Encyclopedia of Sensors (Edited by C.A.Grimes, E.C.Dickey, M.V.Pishko)2006

    • Author(s)
      Digambara Patra, A.K.Mishra
    • Publisher
      American Scientific Publishers, California, USA
    • Related Report
      2006 Annual Research Report

URL: 

Published: 2004-03-31   Modified: 2016-04-21  

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