• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

高時空間分解能一分子観察と理論解析を組み合わせた分子モーター運動解析法の開発

公募研究

研究領域動的構造生命科学を拓く新発想測定技術-タンパク質が動作する姿を活写する-
研究課題/領域番号 17H05899
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関分子科学研究所 (2018)
大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設) (2017)

研究代表者

中村 彰彦  分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (20752968)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
2018年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2017年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
キーワードキチナーゼ / 1分子計測 / バイオマス / 分子モーター / 一分子解析 / 結晶構造解析 / 加水分解酵素 / 一分子観察 / 反応速度論解析 / 糖質加水分解酵素
研究実績の概要

固体基質を分解するにはまず表面に吸着し、分解可能な結晶のほころびを捉えて分解を開始する必要がある。分解開始可能な位置が限られるため、効率的な分解には一度動き始めたら連続的に分解反応を起こす必要がある。そこでバクテリアの一種 S. marcescens 由来キチナーゼ(SmChiA)の運動を金コロイドをプローブとして全反射暗視野顕微鏡での 1 分子測定を行った。この観測系では 0.5 ms の時間分解能で 0.3 nm の位置精度を達成し、SmChiA の前進及び後退のステップサイズ が主に 1.1 nm であることを直接観測した。加えて後退運動と復帰運動の時定数から、後退状態と前進状態で自由エネルギー状態に差がないことも明らかとなった。一方で X 線結晶構造解析により得られた中間体構造を基に、理論的に計算した可溶性オリゴ糖と SmChiAの結合自由エネルギーは前進状態の方が-23 kcal/mol ほど安定であった。よってこの結合エネルギー差を用いてキチン分子鎖の脱結晶化を補償していると考えられる。また運動観測数から計算した前進運動割合は 84%であり、運動は前進方向に偏っていた。前進運動後は 分解反応が可能な基質酵素複合体状態であると考えられ、後退運動と分解反応が競合していると推定される。そこで2つ反応の時定数比から分解反応の割合を計算すると 86%であることから、分解反応と前進運動は同義であると解釈できる。即ち SmChiA は物理的な運動により脱結晶化状態を安定化し、分解反応により後退運動を抑制する事で平衡状態を前進方向に シフトさせている Burnt-bridge ブラウニアン ラチェットモーターであることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Rate constants, processivity, and productive binding ratio of chitinase A revealed by single- molecule analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura, Tomoyuki Tasaki, Yasuko Okuni, Chihong Song, Kazuyoshi Murata, Toshiya Kozai, Mayu Hara, Hayuki Sugimoto, Kazushi Suzuki, Takeshi Watanabe, Takayuki Uchihashi, Hiroyuki Noji and Ryota Iino
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 20 号: 5 ページ: 3010-3018

    • DOI

      10.1039/c7cp04606e

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Processive chitinase is Brownian monorail operated by fast catalysis after peeling rail from crystalline chitin2018

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Akihiko、Okazaki Kei-ichi、Furuta Tadaomi、Sakurai Minoru、Iino Ryota
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 3814-3814

    • DOI

      10.1038/s41467-018-06362-3

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-molecule imaging and manipulation of biomolecular machines and systems2018

    • 著者名/発表者名
      Iino Ryota、Iida Tatsuya、Nakamura Akihiko、Saita Ei-ichiro、You Huijuan、Sako Yasushi
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects

      巻: 1862 号: 2 ページ: 241-252

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2017.08.008

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Visualization of functional structure and kinetic dynamics of cellulases2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura, Ryota Iino
    • 雑誌名

      Glycobiophysics

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] キチン加水分解酵素は ATP を使わずに運動するブラウニアンラチェットである2018

    • 著者名/発表者名
      中村 彰彦
    • 学会等名
      分子モーター討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Processive chitinase is Brownian ratchet moving unidirectionally by fast catalysis2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura
    • 学会等名
      Sendai Molecular Motor Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] キチン加水分解酵素は速い加水分解でブラウン運動を制御する2018

    • 著者名/発表者名
      中村 彰彦
    • 学会等名
      多糖の未来フォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Direct observation of 1 nm steps of a “burnt‐bridge” Brownian ratchet SmChiA on crystalline chitin with gold nanoprobe2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura
    • 学会等名
      The 79th Okazaki Conference Synthetic, Biological, and Hybrid Molecular Engines
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Resolving 1 nm steps of a Brownian-ratchet chitinase with gold nano particle2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura
    • 学会等名
      International Symposium on Molecular Science - Physical Chemistry / Theoretical Chemistry, Chemoinformatics, Computational Chemistry - Cosponsored by Japan Society for Molecular Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Resolving 1 nm steps of a Brownian-ratchet chitinase with gold nano particle2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura, Ryota Iino
    • 学会等名
      日本化学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 1 分子解析によりセルラーゼ/キチナーゼの何が見えるのか2017

    • 著者名/発表者名
      中村彰彦
    • 学会等名
      セルラーゼ研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Direct Observation of 1 nm Steps of Chitinase A Molecules with Gold Nano Probes2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura, Ryota Iino
    • 学会等名
      Gordon Research Conference Cellulases & Other Carbohydrate-Active Enzymes
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 霊菌Serratia marcescens由来キチナーゼSmChiAの運動律速段階の解明2017

    • 著者名/発表者名
      中村彰彦、飯野亮太
    • 学会等名
      日本応用糖質学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] One nanometer steps and the rate-limiting step of Serratia marcescens chitinase A resolved by gold nanoprobe2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura, Ryota Iino
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 分子研プレスリリース

    • URL

      https://www.ims.ac.jp/news/2018/09/19_4057.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi