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ATP駆動の回転分子モーターを用いたATP加水分解の1分子熱力学

公募研究

研究領域水を主役としたATPエネルギー変換
研究課題/領域番号 23118717
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
研究機関大阪医科大学

研究代表者

古池 晶  大阪医科大学, 医学部, 助教 (60392875)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2012年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2011年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード分子モーター / ATP加水分解 / 1分子計測 / 熱力学 / 生物物理
研究実績の概要

ATP駆動の回転分子モーター・F1-ATPase(F1)は、1分子観察によって、ATP結合部位でのATP加水分解サイクルの素過程(ATPの結合・加水分解・分解物解離)と、回転軸角度との対応関係がほぼ明らかにされている。本研究では、その各素過程でのエネルギーの出入りを決定するために、環境(温度やATP加水分解の自由エネルギーなど)を変化させて 1分子観察を行った。環境変化の各素過程速度への影響を調べることで、各素過程の熱力学パラメーターを取得した。
1.ATP加水分解サイクルの各素過程の温度依存性: ほぼ無負荷の状態でF1の回転運動を、広範囲にわたる温度領域(4-65℃)で測定し、各素過程速度の温度依存性を得た。ATP結合角度を0°とすると、回転速度の律速過程は、高温(30-65℃)では、ATP加水分解または分解産物のリリース、低温(5-15℃)では、ADPリリースであることが示唆された。
2.ADPの存在によって影響を受ける未知の素過程: ATPとADPの濃度が等しい条件(ΔGが一定)で、ほぼ無負荷の状態でのF1の回転運動を調べた。各ATP濃度で5割程度の回転速度低下がみられ、この低下が、ATP結合角度の停止時間の増加に由来していることが分かった。ADPの存在によって、本来ATPが結合するはずのサイトにADPが緩く結合することによって、ATPの結合を妨げている可能性が高い。この素過程と低温で見られた素過程には関連がありそうである。
3.素過程への分離を容易にするモニター分子: 各素過程がさらに別の角度で起きれば、各素過程速度を求めることが容易になる。F1の回転子のN末で7個、C末で29個のアミノ酸を削除した変異体は、野生型と比較して停止角度が多いことを明らかにした。回転速度も遅すぎないため、モニター分子として活用できそうである。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Torque generation and utilization in motor enzyme F_0F_1-ATP Synthase : Half-torque F_1 with short-sized pushrod helix and reduced ATP synthesis by half-torque F_0F_12012

    • 著者名/発表者名
      E.Usukura, T.Suzuki, S.Furuike, N.Soga, E.Saita, T.Hisabori, K.Kinosita, Jr., M.Yoshida
    • 雑誌名

      The Journal of Biological Chemistry

      巻: 287 号: 3 ページ: 1884-1891

    • DOI

      10.1074/jbc.m111.305938

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Torque generation in F1-ATPase devoid of the entire amino-terminal helix of the rotor that fills half of the stator orifice2011

    • 著者名/発表者名
      Chiwata, R., et al.
    • 雑誌名

      Biophys. J.

      巻: 101 号: 1 ページ: 188-195

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2011.05.008

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 回転分子モーターを用いたATP加水分解の1分子熱力学2013

    • 著者名/発表者名
      古池晶
    • 学会等名
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」終了公開シンポジウム
    • 発表場所
      KKRホテル東京、東京
    • 年月日
      2013-05-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Thermdynamics on single molecules of ATP-driven rotary molecular motors2013

    • 著者名/発表者名
      Shou Furuike
    • 学会等名
      Symposium on Hydration and ATP Energy
    • 発表場所
      Akiu, Sendai
    • 年月日
      2013-03-06
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] None of the rotor residues of F1-ATPase are essential for torque generation2012

    • 著者名/発表者名
      Ryohei Chiwata
    • 学会等名
      日本生物物理学会第50回年会
    • 発表場所
      名古屋大学・東山キャンパス
    • 年月日
      2012-09-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Single-molecule analyses of the rotation and regulation of human F1-ATPase2012

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Suzuki
    • 学会等名
      日本生物物理学会第50回年会
    • 発表場所
      名古屋大学・東山キャンパス
    • 年月日
      2012-09-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ATP駆動の回転分子モーターを用いたATP加水分解の1分子熱力学2012

    • 著者名/発表者名
      古池晶
    • 学会等名
      合同公開シンポジウム 「揺らぎと生命機能」×「水和とATP」 ―ゆらぎと水- 生命のエネルギーと機能の分子機構を探る
    • 発表場所
      大阪ガーデンパレス、大阪
    • 年月日
      2012-09-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Inhibitory factor-1(IF1)によるF1-ATPaseの阻害の一分子解析2011

    • 著者名/発表者名
      鈴木俊治
    • 学会等名
      第84回日本生化学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      2011-09-22
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Temperature dependence of positive supercoiling by reverse gyrase2011

    • 著者名/発表者名
      Taisaku Ogawa
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会
    • 発表場所
      兵庫県立大学
    • 年月日
      2011-09-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Rotation of F1-ATPase with a protrusion-less gamma rotor2011

    • 著者名/発表者名
      Ryouhei Chiwata
    • 学会等名
      The 8th European Biophysics Congress
    • 発表場所
      BUDAPEST, HUNGARY
    • 年月日
      2011-08-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Stepping rotation in H^+-ATPase/synthase has been revealed with an essentially drag-free probe2011

    • 著者名/発表者名
      Shou Furuike
    • 学会等名
      The 8th European Biophysics Congress
    • 発表場所
      BUDAPEST, HUNGARY
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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