| 研究課題/領域番号 |
21K19210
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
久堀 徹 東京工業大学, 国際先駆研究機構, 特任教授 (40181094)
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| 研究分担者 |
石内 俊一 東京工業大学, 理学院, 教授 (40338257)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | ATP合成酵素 / 完全複合体 / 回転 / 蛍光標識 / 酸化還元制御 / ATP合成活性 / γサブユニット / ATP合成 / リポソーム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ATP合成酵素は、中心軸のγサブユニットが反時計回りに回転することによりATP加水分解を行う分子モーターである。これまで、酵素反応の詳細が生化学的に調べられ、生物物理学の研究対象として回転の力学特性も明らかにされている。しかし、クライオ電子顕微鏡観察により、膜内在性部分と可溶性部分からなる酵素複合体の全体構造が解明された現在でも、ATP合成時の時計回りの回転についてその詳細は明らかにされていない。そこで、リポソームに再構成した酵素を標識し、偏光照射による蛍光の退色と酵素反応に伴う蛍光の回復により回転を測定する新たな実験系を構築する。そして、ATP合成反応時の回転の速度論的解析を行う。
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| 研究成果の概要 |
本研究は、蛍光分子の退色と蛍光回復を利用してATP合成反応時のATP合成酵素の回転を実証することを目指した。①緑藻クラミドモナスのATP合成酵素を完全複合体として単離生成し、人工膜小胞に酵素触媒部位を外側に配向して埋め込む方法を確立した。②安定に酵素活性を維持できる蛍光標識としてCy3分子をγサブユニットに導入したが、検出感度などの制約により、現行装置では回転の実証が不可能であることが判明した。③リポソームに組み込んだATP合成酵素の活性測定法を確立し、ATP合成時の酸化還元制御の機能部位を明らかにした。また、酵素複合体の安定に重要なαサブユニット上のアミノ酸を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
生体内のATP合成反応は、生命の基幹エネルギー物質であるATPを生産する普遍的な反応である。生体膜に存在してこの反応を担うATP合成酵素の反応機構、および、特に光合成生物のATP合成酵素が特異的に持つ制御機構を解明することは、生体エネルギー分野長年の夢であり、極めて重要な研究と位置付けられる。ATPが生体内のあらゆる生命現象に対してエネルギーを供給しているその重要性を考えると、ATPの生産機構を総合的に解明することは、生物の生産性の向上などに直結する知見となるものであり、エネルギー獲得や食糧増産など人類社会に貢献する研究である。
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