溶媒からエネルギーを取り込んでエントロピー的駆動力を利用する分子モーター

• 研究課題/領域番号: 18031033
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 中央大学
• 研究代表者: 宗行 英朗 中央大学, 理工学部, 准教授 (80219865)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円); 2007年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 2006年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
• キーワード: 一分子計測 / 生物物理 / 分子モーター / 整遥らぎ / 活性化エネルギー / 熱揺らぎ

研究概要

平成19年度はF_1-ATPaseモーターの一分子観察用顕微鏡に,部品からくみ上げた温度調節装置を組み込んだ.不凍液を循環させることにより,約4℃での回転観察が可能になり,Kmよりはるかに高いATP濃度(2mM)でもステップ回転が起こることが観察された.このステップは,ATPの結合待ちの角度で起こるものであるが,ATPの濃度が十分高いことから溶液中のATPがF_1に衝突するまでの待ち時間ではあり得ない.つまりそれ以外の今まで未知だったイベントを反映しているはずである.このイベントとATPの結合のイベントの関係を知るために,ATP待ちの時間が同じくらいの長さになる様にATPの濃度を落として観察を行ったが,dwell time histogramはきれいな単一の指数関数で近似された.これは溶液中からのATPの衝突が早い解離のためにほぼ平衡になってから次のイベントが起こっていることを強く示唆する.つまり,比較的熱エネルギーによる活性化が小さくても進むATPの最初の結合が(非常に早く)ほぼ平衡に達した後に,温度依存性の大きい,つまり熱揺らぎの助けが必要なプロセスがあり,おそらくそのプロセスがステップ運動だということである.既に他研究室でも同じように低温での観察がされており,低温で見えている遅いプロセスがADPの解離であることが示唆されている.現在その点についても更に慎重な検討を進めている.まだ論文発表には至っていないが,本研究計画の趣旨に添って研究が進んでいる.

研究成果

• [雑誌論文] Temperature Dependence of the Rotation and Hydrolysis Activities of F_1-ATPase. (2008)
  • 著者名/発表者名: Furuike, S・Adachi, K・Sakaki, N・Shimo-Kon, R・Itoh, H・Muneyuki, E・Yoshida, M・Kinosita, K.
  • 雑誌名: Biophys. J. (Epub ahead of print)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of external torque on the ATP-driven rotation of F_1ATPase. (2008)
  • 著者名/発表者名: Watanabe-Nakayama, T・Toyabe, S・Kudo, S・Sugiyama, S・Yoshida, M・Muneyuki, E.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 366(4) ページ: 951-957
  • 査読あり
• [雑誌論文] F_1-ATPase rotates by an asymmetric, sequential mechanism using all three catalytic subunits. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ariga, T・Muneyuki, E・Yoshida, M.
  • 雑誌名: Nat. Struct. Mol. Biol. 14(9) ページ: 841-846
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生体膜における水素イオン濃度勾配の利用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宗行 英朗
  • 雑誌名: 化学と教育 Vol. 55, No. 12 ページ: 610-613
• [雑誌論文] Single Molecule Energetics of F_1-ATPase Motor (2007)
  • 著者名/発表者名: Muneyuki E, Watanabe-Nakayama T, Suzuki T, Yoshida M, Nishizaka T, Noji H
  • 雑誌名: Biophys J. 92・5 ページ: 1806-1812
• [雑誌論文] AFM and TEM observations of alpha-helix to beta-sheet conformational change occurring on carbon nanotubes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Y, Inoue Y, Muneyuki E, Haneda H, Fujimoto M
  • 雑誌名: J Electron Microsc (Tokyo) 55・3 ページ: 143-149
• [雑誌論文] Kinetic mechanism of quinol oxidation by cytochrome bd studied with ubiquinone-2 analogs (2006)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y, Muneyuki E, Fujita D, Sakamoto K, Miyoshi H, Yoshida M, Mogi T
  • 雑誌名: J Biochem (Tokyo) 139・4 ページ: 779-788
  • NAID: 10018845925
• [学会発表] F_1-ATPaseの回転に対する外部トルクの影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中山(渡部)隆宏、宗行英朗、杉山滋、工藤成史、吉田賢右
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 仙台市戦災復興記念館 記念ホール
• [学会発表] F_1-ATPaseεサブユニットの分子動力学計算による研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宗行英朗, 辻洋介, 杉田有治
  • 学会等名: 日本物理学会 第63回年次大会
  • 発表場所: 近畿大学東大阪キャンパス
• [学会発表] F_1-ATPaseは3つの部位での非対称で連続的な機構で回転する (2007)
  • 著者名/発表者名: 有賀 隆行, 宗行 英朗, 吉田 賢右
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)
• [学会発表] F_1-ATPaseのATP加水分解中のヌクレオチド結合数、非触媒部位にヌクレオチドが結合できない変異体を使って (2007)
  • 著者名/発表者名: 下-昆 理恵子, 宗行 英朗, 足立 健吾, 古池 晶, 酒井 坦, 吉田 賢右, 木下 一彦
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)
• [学会発表] 外部トルク存在下でのF_1モーターの回転 (2007)
  • 著者名/発表者名: 中山 (渡部) 隆宏, 吉田 賢右, 杉山 滋, 工藤 成史, 宗行 英朗
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)
• [学会発表] SnO_2透明電極を用いた測定によるプロテオロドプシン(PR) の光誘起プロトン移動について (2007)
  • 著者名/発表者名: 田母神 淳, 菊川 峰志, 宮内 正二, 宗行 英朗, 加茂 直樹
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)