プロトン駆動力によって回転するＡＴＰ合成酵素の化学力学共役機構の解明

• 研究課題/領域番号: 24770148
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 渡邉 力也 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30540108)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2012年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 1分子生物物理学 / ATP合成酵素

研究概要

本研究は、プロトン駆動力によるATP合成酵素(FoF1)の回転運動を可視化し、その作動機構を解明することを目的としていた。24年度、私はFoF1のプロトン駆動回転を直接可視化する計測系の開発をし、FoF1のプロトン駆動回転の作動原理の一部を解明することに成功した。本研究成果はNature Communications誌に掲載された。また、25年度、プロトン輸送の1分子計測技術を開発し、ATP加水分解時のFoF1のプロトン輸送速度を同定することに成功した。本成果に関する論文は投稿査読中である。本研究で開発された技術は、今後FoF1の作動機構を理解するうえで重要な技術となることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Timing of inorganic phosphate release modulates the catalytic activity of ATP-driven rotary motor protein (2014)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., & Noji, H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 ページ: 3486-3486
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the temperature-sensitive reaction of F1-ATPase by using single-molecule manipulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., & Noji, H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 4962-4962
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robustness of the Rotary Catalysis Mechanism of F1-ATPase (2014)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Matsukage, Y., Yukawa, A., Tabata, KV., & Noji, H.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: (published online)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biased Brownian stepping rotation of FoF1-ATP synthase driven by proton motive force (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Tabata, KV., Iino, R., Ueno, H., Iwamoto, M., Oiki, S., & Noji, H
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 4 ページ: 1631-1631
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemomechanical coupling mechanism of F1-ATPase : Catalysis and torque generation (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Noji, H.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 8 ページ: 1030-1035
  • 査読あり
• [雑誌論文] FoF1-ATP合成酵素のプロトン駆動力による回転運動の直接観察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邉力也
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 4 ページ: 214-215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rotary catalysis of FoF1-ATP synthase (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R.
  • 雑誌名: Biophysics 巻: 9 ページ: 51-56
  • NAID: 130003366029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalysis-enhancement via rotary fluctuation of F1-ATPase (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Hayashi, K., Ueno, H., & Noji, H.
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 105 ページ: 2385-91
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemomechanical coupling mechanism of F1-ATPase: Catalysis and torque generation (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Noji, H.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 8 号: 8 ページ: 1030-1035
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2013.01.063
  • 査読あり
• [雑誌論文] F1の化学反応スキームに関する新しい理解 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡邉力也, 野地博行
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 1 ページ: 14-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemomechanical coupling of F1-ATPase under hydrolysis condition (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Noji, H.
  • 雑誌名: Biophysics 巻: 8 ページ: 73-78
  • NAID: 130002061595
  • 査読あり
• [雑誌論文] Torque generation mechanism of F1-ATPase upon NTP binding
  • 著者名/発表者名: Arai, HC., Yukawa, A., Iwatate, RJ., Kamiya, M., Watanabe, R., Urano, Y., & Noji, H.
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] Robustness of rotary catalysis mechanism of F1-ATPase (2014)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., & Noji, H.
  • 学会等名: Annual meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: サンフランシスコ、米国
  • 年月日: 2014-02-16
• [学会発表] 脂質膜アレイを利用しtあ膜輸送体の物質輸送の1分子計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Soga, N., & Noji, H.
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会
  • 発表場所: 静岡、日本
  • 年月日: 2013-12-18
• [学会発表] Single molecule biophysics of FoF1-ATP synthase (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R.
  • 学会等名: Department Seminar
  • 発表場所: Max-Planck Institut für Biophysik, フランクフルト、ドイツ
  • 年月日: 2013-10-30
• [学会発表] High throughput formation of sub-million lipid membrane arrays for measuring membrane protein activities (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Fujita, D., Tabata, KV., Yamauchi, L., Soga, N., Kim, SH., Suga, H., & Noji, H.
  • 学会等名: 17th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2013)
  • 発表場所: フライブルグ、ドイツ
  • 年月日: 2013-10-28
• [学会発表] Novel Platform to measure the proton pump activity by FoF1-ATP synthase using micro-fabricated lipid membrane arrays (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., & Noji, H.
  • 学会等名: Gordon Conference Bioenergetics
  • 発表場所: ニューハンプシャー、米国
  • 年月日: 2013-06-23
• [学会発表] Direct observation of the rotary motion of FoF1-ATP synthase in ATP synthesis condition (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Tabata, KV., Iino, R., & Noji, H.
  • 学会等名: Annual meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: フィラデルフィア、米国
  • 年月日: 2013-02-02
• [学会発表] FoF1-ATP合成酵素のプロトン駆動力による回転運動の直接観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Tabata, KV., Iino, R., & Noji, H.
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会
  • 発表場所: 岡山、日本
  • 年月日: 2012-12-23
• [学会発表] Mechanical modulation of catalytic power of F1-ATPase (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., & Noji, H.
  • 学会等名: CECAM
  • 発表場所: ルガーノ、スイス
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] Direct observation of H+-driven rotation of FoF1-ATP synthase (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Tabata, KV., Iino, R., & Noji, H.
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋、日本
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Direct observation of the rotation of FoF1-ATP synthase driven by the proton motive force (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Tabata, KV., Iino, R., & Noji, H.
  • 学会等名: European Bioenergetics Conference
  • 発表場所: フライブルグ、ドイツ
  • 年月日: 2012-09-15
• [学会発表] High throughput formation of sub-million lipid membrane arrays for measuring membrane protein activities
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Fujita, D., Tabata, KV., Yamauchi, L., Soga, N., Kim, SH., Suga, H & Noji, H.
  • 学会等名: 17th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
  • 発表場所: Freiburg, Germany
• [学会発表] Single molecule biophysics of FoF1-ATP synthase
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R.
  • 学会等名: Department Seminar. Max-Planck-Institut für Biophysik
  • 発表場所: Frankfurt, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Robustness of rotary catalysis mechanism of F1-ATPase
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R, & Noji, H
  • 学会等名: 57th Annual meeting of Biophysical society
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質膜アレイを利用した膜輸送体の物質輸送の1分子計測
  • 著者名/発表者名: 渡邉力也、曽我直樹、野地博行
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会年会
  • 発表場所: グランシップ・静岡
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Platform to measure the proton pump activity by FoF1-ATP synthase using micro-fabricated lipid membrane arrays
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., & Noji, H.
  • 学会等名: Gordon Conference Bioenergetics
  • 発表場所: ニューハンプシャー・アメリカ
• [学会発表] Direct observation of the rotary motion of FoF1-ATP synthase in ATP synthesis condition
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Tabata, K.V., Iino, R. & Noji, H.
  • 学会等名: Biophysical Society
  • 発表場所: フィラデルフィア・アメリカ
• [学会発表] FoF1-ATP合成酵素のプロトン駆動力による回転運動の直接観察
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Okuno, D., Iino, R., Shimabukuro, K., Yoshida, M. & Noji, H.
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会
  • 発表場所: 岡山・日本
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanical modulation of catalytic power of F1-ATPase
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., & Noji, H.
  • 学会等名: CECAM
  • 発表場所: ルガーノ・スイス
  • 招待講演
• [学会発表] Direct observation of H+-driven rotation of FoF1-ATP synthase
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Tabata, K.V., Iino, R. & Noji, H.
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 名古屋・日本
  • 招待講演
• [学会発表] Direct observation of the rotation of FoF1-ATP synthase driven by the proton motive force.
  • 著者名/発表者名: Watanabe, R., Tabata, K.V., Iino, R. & Noji, H.
  • 学会等名: European Bioenergetics Conference
  • 発表場所: フライブルグ・ドイツ
• [図書] 化学フロンティア23 1分子ナノバイオ科学の新パラダイム (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邉力也.
  • 出版者: 化学同人
• [図書] CSJ10巻ここまで進んだバイオセンシング・イメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡邉力也、野地博行
  • 総ページ数: 209
  • 出版者: 化学同人
• [図書] CSJ10巻 ここまで進んだバイオセンシング・イメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡邉力也, 野地博行
  • 総ページ数: 207
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 化学フロンティア231分子ナノバイオ科学の新パラダイム
  • 著者名/発表者名: 渡邉力也
  • 出版者: 化学同人 (in press)