Ｆ１‐ＡＴＰａｓｅの効率はなぜ高いか

• 研究課題/領域番号: 24570187
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 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, 教授 (80219865)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2012年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 生体エネルギー変換 / 分子モーター / F1-ATPase / 非平衡 / ATP / 自由エネルギー / 生体エネルギー論 / 変異体

研究成果の概要

F1-ATPaseは，非常に高効率な自由エネルギー変換をする分子モーターである．この高効率を達成するメカニズムを知るために，効率の低下した変異体との比較から手がかりを得ようと言うのが本研究の目的であった．まずADPによる阻害を受けにくく，回転トルクが低下した変異体 （βG158A，T165S，Y341W）について，揺らぎによる熱の散逸の計測を行い，この変異体は回転自由度への熱の散逸も少なくなっていることが分かった．本研究では，生物の持つ分子モーターのエネルギー変換について従来にない定量的な評価をして，理論との比較が可能な結果を得られたので，エネルギー変換の理解に重要な意義があると自負している．

研究成果

• [雑誌論文] Single molecule thermodynamics of ATP synthesis by F 1 -ATPase (2015)
  • 著者名/発表者名: Shoichi Toyabe, Eiro Muneyuki
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 17 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1088/1367-2630/17/1/015008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CHARMM Force-fields with Modified Polyphosphate Parameters Allow Stable Simulation of the ATP-Bound Structure of Ca2+-ATPase (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Komuro, Suyong Re, Chigusa Kobayashi, Eiro Muneyuki and Yuji Sugita
  • 雑誌名: Journal of Chemical Theory and Computation 巻: 10 号: 9 ページ: 4133-4142
  • DOI: 10.1021/ct5004143
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Torque generation of Enterococcus hirae V-ATPase (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueno H, Minagawa Y, Hara M, Rahman S, Yamato I, Muneyuki E, Murata T, and Iino R
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 289 号: 45 ページ: 31212-31223
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.598177
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermodynamic analyses of nucleotide binding to an isolated monomeric β subunit and the α3β3γ subcomplex of F1-ATPase. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi, Y., Naka, Y., Osakabe, H., Okamoto, T., Masaike, T., Ueno, H., Toyabe, S., Muneyuki, E.
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 105 号: 11 ページ: 2541-2548
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2013.10.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Basic properties of rotary dynamics of the molecular motor Enterococcus hirae V1-ATPase (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Minagawa, Hiroshi Ueno, Mayu Hara, Yoshiko Ishizuka-Katsura, Noboru Ohsawa,Takaho Terada, Mikako Shirouzu, Shigeyuki Yokoyama, Ichiro Yamato, Eiro Muneyuki, Hiroyuki Noji, Takeshi Murata, and Ryota Iino
  • 雑誌名: J.Biol.Chem 巻: 288 号: 45 ページ: 32700-32707
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.506329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energetics of the presequence-binding poses in mitochondrial protein import through Tom20. (2013)
  • 著者名/発表者名: Komuro Y, Miyashita N, Mori T, Muneyuki E, Saitoh T, Kohda D, Sugita Y.
  • 雑誌名: J Phys Chem B 巻: 117 号: 10 ページ: 2864-71
  • DOI: 10.1021/jp400113e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of the electrogenic activity of bacteriorhodopsin. (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki S, Matsumoto M, Brier SB, Higaki T, Yamada T, Okamoto T, Ueno H, Toyabe S, Muneyuki E.
  • 雑誌名: Eur Biophys J. 巻: 42 号: 4 ページ: 257-65
  • DOI: 10.1007/s00249-012-0870-0
  • 査読あり
• [学会発表] 外力存在下のF1-ATPaseの回転観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 菊池洋輔，鳥谷部祥一，上野博史，宗行英朗
  • 学会等名: 2015年生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 東京 学習院大学
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [学会発表] 改良した多リン酸力場を用いた ATP/ADP 結合状態の筋小胞体カルシウムポンプの分子動力学計算 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小室 靖明, 李 秀栄, 小林 千草, 宗行 英朗, 杉田 有治
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-25 – 2015-09-27
• [学会発表] F1-ATPase のP-loop変異体TF1(βG158A)に対するリン酸の阻害効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 星名 仁志, 吉田 光, 伊藤 亜由美, 伊藤 丈太郎, 鳥谷部 祥一, 上野 博史, 宗行 英朗
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Nucleotide binding to TF1 β subunit in relation to the effect of Pi (2014)
  • 著者名/発表者名: 長埜 陸, 小原 清志, 上野 博史, 宗行 英朗
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Rotor-Stator Interactions in V1 and Vo from Enterococcus hirae V-ATPase (2014)
  • 著者名/発表者名: 上野 博史, 皆川 慶嘉, 原 舞雪, 山登 一郎, 野地 博行, 村田 武士, 飯野 亮太, 宗行 英朗
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Observation of the rotation of F1-ATPase under the constant external torque (2014)
  • 著者名/発表者名: 菊池 洋輔, 上野 博史, 中山 隆宏, 宗行 英朗, 鳥谷部 祥一
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] TF1 β;E190D変異体の外部トルク依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 真奈, 河上 知広, 鳥谷部 祥一, 上野 博史, 工藤 正史, 宗行 英朗
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Single molecule study of a molecular motor: from biochemistry to physics (2013)
  • 著者名/発表者名: Eiro Muneyuki
  • 学会等名: Solvay Workshop on THERMODYNAMICS OF SMALL SYSTEMS
  • 発表場所: Université Libre de Bruxelles
  • 招待講演
• [学会発表] F1-ATPaseβサブユニットへのヌクレオチド結合の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菊池 洋輔、宗行 英朗
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] The relationship between F1-ATPase P-loop mutants and Pi release (2013)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Yoshida, Ayumi Ito, Jotaro Ito, Tomoko Masaike, Takayuki Nishizaka, Shoichi Toyabe, Hiroshi Ueno, Eiro Muneyuki
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] Observation of the rotation of F1-ATPase (2013)
  • 著者名/発表者名: Yohsuke Kikuchi, Takahiro Nakayama, Shoichi Toyabe, Eiroh Muneyuki
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] Comparison of the nucleotide binding to the isolated βsubunit and the F1-ATPase using the Sopped-Flow method (2013)
  • 著者名/発表者名: Riku Nagano, Kiyoshi Obara, Tomoko Masaike, Hiroshi Ueno, Eiro Muneyuki
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] Molecular dynamics simulations of SR Ca2+-ATPase using improved ATP force field (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Komuro, Chigusa Kobayashi, Suyong Re, Eiro Muneyuki, Yuji Sugita
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] Conformational analysis of PA-glycans by replica-exchange molecular dynamics simulations (2013)
  • 著者名/発表者名: Shigehisa Watabe, Suyong Re, Eiro Muneyuki, Yuji Sugita
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] F1－ATPase βサブユニットへのヌクレオチド結合の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菊池 洋輔、＊宗行 英朗
  • 学会等名: 2013年 生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] 分子モーター F1-ATPase によるエネルギー変換特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宗行英朗
  • 学会等名: 第26回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 九州大学 西新プラザ
  • 招待講演
• [学会発表] Single molecule energetics of F1-ATPase motor (2012)
  • 著者名/発表者名: Shoichi Toyabe, TakahiroWatanabe-Nakayama, Hiroshi Ueno, Tetsuaki Okamoto, Hiroshi Taketani, Seishi Kudo, *Eiro Muneyuki
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of nucleotide structure on nucleotide binding and rotation of F1-ATPase (2012)
  • 著者名/発表者名: Yohsuke Kikuchi, Masaike Tomoko, Shoichi Toyabe, Hiroshi Ueno, Eiro Muneyuki
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] Inhibitory effect of Pi on F1-ATPase P-loop mutant (2012)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Yoshida, Ayumi Ito,Jotaro Ito, Syoichi Toyabe, Hiroshi Ueno, Eiro Muneyuki
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] Simultaneous observation of fluorescent-nucleotides and rotation of rotary molecular motor on plasmonic metal nanostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ueno, Shoichi Toyabe, Eiro Muneyuki
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] Molecular dynamics simulations of SRCa2+-pump in the ATP bound forms (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Komuro, Chigusa Kobayashi, Eiro Muneyuki, Yuji Sugita
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] Effect of external torque on the rotation of TF1 βE190D mutant (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Kawakami, Shoici Toyabe, Hiroshi Ueno, Seishi Kudo, Eiro Muneyuki
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [図書] DOJIN BIOSCIENCE SERIES 17 一分子生物学 （原田 慶恵 石渡 信一 編 ） (2014)
  • 著者名/発表者名: 上野博史, 鳥谷部祥一, 宗行英朗
  • 総ページ数: 14
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 化学フロンティアシリーズ 23 1分子ナノバイオ計測 （野地博行 編 ） (2014)
  • 著者名/発表者名: 鳥谷部祥一，宗行英朗
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 最近の研究から
  • URL: http://www.phys.chuo-u.ac.jp/j/muneyuki/?%BA%C7%B6%E1%A4%CE%B8%A6%B5%E6%A4%AB%A4%E9