磁気ピンセットを用いた1分子操作による回転分子モーターの研究

• 研究課題/領域番号: 14704065
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 野地 博行 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (00343111)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 28,990千円 (直接経費: 22,300千円、間接経費: 6,690千円); 2004年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2003年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2002年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)
• キーワード: 1分子生理・生化学 / 分子マニピュレーション / 1分子ナノ計測 / 1分子計測・操作 / 運動・輸送 / タンパク質・核酸の構造・動態・機能 / 生体膜・受容体・チャンネル / 1分子科学一般 / 分子モーター / ATP合成酵素 / F1モーター / 1分子操作 / 磁気ピンセット

研究概要

本年は、本研究の最終年度であり、いくつかの具体的成果を上げることに成功した。全て、本研究で開発した磁気ピンセットを用いた研究である。まず、ADP阻害状態のF1モーターの回転子を、機械的に押すことによって活性化する現象の解明に成功した。これによって、F1モーターのADPに対する親和性が回転方向に沿って減少することを明らかにすることができた。この性質は、F1のモーターとしての性質を説明するだけでなく、逆反応であるATP合成をもうまく説明できる。すなわち、F1はモーターとして機能するときは、効率的にADPを解離しなくてはいけない。一方、合成酵素として機能するときは、溶液中から効率的にADPを結合しなくてはいけない。この二つの相反する性質は、本研究で明らかになったようにADPに対する親和性に強い角度依存性で説明がつく。また、1分子操作とマイクロ加工技術を組み合わせた実験によって、1分子のF1を逆回転させたときのATP合成効率の測定にも成功した。超微小の溶液空間にF1を閉じ込めて逆回転させることで、F1が合成したATP分子を濃縮することができる。合成されたATP量は、F1モーター自身の回転速度から見積もることができたい。この結果、εと呼ばれるこれまでさほど重要視されていなかったサブユニットが効率的な合成反応に重要であることが示された。

研究成果

• [雑誌論文] Highly coupled ATP synthesis by F1-ATPase single molecules (2005)
  • 著者名/発表者名: Rondelez, Y., Tresset, G,.Nakashima, T., Kato-Yamada, Y., Fujita, H., Takeuchi, S., Noji, H.
  • 雑誌名: Nature 433 ページ: 773-777
• [雑誌論文] Activation of pausing F1-motor by external force. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirono-Hara, Y., Ishizuka, K., Kinosita, K, Jr., Yoshida, M., NoJi, H.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Scie. 102・12 ページ: 4288-4293
• [文献書誌] Imamura H, Nakano M, Noji H, Muneyuki E, Ohkuma S, Yoshida M, Yokoyama K: "Evidence for rotation of V1-ATPase."Proc Natl Acad Sci USA. 100. 2312-2315 (2004)
• [文献書誌] Yasuda R, Masaike T, Adachi K, Noji H, Itoh H, Kinosita K Jr.: "The ATP-waiting conformation of rotating F1-ATPase revealed by single-pair fluorescence resonance energy transfer."Proc Natl Acad Sci USA. 100. 9314-9318 (2004)
• [文献書誌] Ono S, Hara KY, Hirao J, Matsui T, Noji H, Yoshida M, Muneyuki E.: "Origin of apparent negative cooperativity of F(1)-ATPase."Biochim Biophys Acta.. 1607. 35-44 (2004)