ATP加水分解およびATP駆動タンパク質のエネルギー・水和状態相関解析

2012 年度 研究成果報告書

• 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: 20118008
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 鈴木 誠 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60282109)
• 研究分担者: 森本 展行 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00313263)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• キーワード: ATPエネルギー / タンパク質の水和 / ATP加水分解反応 / 誘電緩和分光 / 水和 / 溶解和 / リン酸の水和 / ハイパーモバイル水

研究概要

高分解マイクロ波誘電緩和分光法(DRS)により、ATP分子の水和層にはアデノシン部に拘束水(CW)、リン酸基部位にCWとハイパーモバイル水(HMW)を検出した。HMWの理論的裏付けとして、水分子の回転エントロピーが荷電粒子周りで高く(木下と共同)、MD計算から荷電イオン周りの水がバルク水より速い緩和をすること(秋山G・松林と共同)を確認した。アクチンの水和層にはCWとHMWがあり、高温でフィラメント化するとHMWの顕著な増加を観測した。この吸熱過程とHMW形成の問に強い相関を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Anion-Dependence of Fast Relaxation Component in Na^-, K-Halide Solutions at Low Concentrations Measured by High-Resolution Microwave Dielectric Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: George Mogami, Takashi Miyazaki, Tetsuichi Wazawa, Nobuyuki Matubayasi, and Makoto Suzuki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A
  • DOI: doi.org/10.1021/jp4012119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydration state change of horse heart cytochrome c corresponding to trifluoroacetic-acid-induced unfolding (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Miyashita, Tetsuichi Wazawa, George Mogami, Satoshi Takahashi, Yoshihiro Sambongi, and Makoto Suzuki
  • 雑誌名: Biophys. J 巻: 104 ページ: 163-172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Study of Fast Dielectric Relaxation of Water around a Molecular-Sized Ion (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoji Kubota, Akira Yoshimori, Nobuyuki Matubayasi, Makoto Suzuki, and Ryo Akiyama
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 137 ページ: 224502 (1-4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Water in Actin-Myosin Binding and Actin Polymerization: Rotational and Translational Mobility of Water Molecules (2012)
  • 著者名/発表者名: Makoto Suzuki, Tetsuichi Wazawa, George Mogami, and Takao Kodama
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn., Supplement 巻: 81 ページ: SA003(1-14)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-assembled pH-sensitive cholesteryl pullulan nanogel as a protein delivery vehicle (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Morimoto, S. Hirano, H. Takahashi, S. Loethen, D. H. Thompson, K. Akiyoshi
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 14 ページ: 56-63
  • DOI: 10.1021/bm301286h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydration analysis of Pseudomonas aeruginosa cytochrome c551 upon acid unfolding by dielectric relaxation spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Tetsuichi Wazawa, Takashi Miyazaki, Yoshihiro Sambongi, Makoto Suzuki
  • 雑誌名: Biophys. Chem 巻: 155 ページ: 160-169
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entropic Potential Field Formed for a Linear-Motor Protein near a Filament : Statistical-Mechanical Analyses Using Simple Models (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Amano, T. Yoshidome, M. Iwaki, M. Suzuki, M. Kinoshita
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 133 ページ: 045103(1-11)
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Statistical-Mechanical Analysis on the Hyper-Mobile Water around a Large Solute with High Surface Charge Density (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kinoshita and M. Suzuki
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 130 ページ: 014707(1-11)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of the dielectric relaxation property of water-ion loose complex in aqueous solutions of salt at low concentrations (2008)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miyazaki, Tetsuichi Wazawa, George Mogami, Takao Kodama and Makoto Suzuki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 巻: 112 ページ: 10801-10806
  • 査読あり
• [学会発表] Hydration and ATP energetic on Actomyosin (2013)
  • 著者名/発表者名: Makoto Suzuki
  • 学会等名: Alpbach Workshop on Molecular Motors 2013
  • 発表場所: Alpbach, Austria
  • 年月日: 20130316-22
• [学会発表] 高分解誘電緩和分光法による低濃度Na-, K-ハライド水溶液における速い緩和成分のアニオン依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 最上譲二、宮崎崇、和沢鉄一、松林伸幸、鈴木誠
  • 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」国際シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20130306-08
• [学会発表] Fアクチンの水和特性に及ぼすハライドイオンの効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田誠宜、和沢鉄一、最上譲二、森本展行、鈴木誠
  • 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」国際シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20130306-08
• [学会発表] ミオシンS1の水和特性に及ぼすヌクレオチドと共溶媒の効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中川卓哉、和沢鉄一、最上譲二、森本展行、鈴木誠
  • 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」国際シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20130306-08
• [学会発表] スルホン酸塩、リン酸塩溶液におけるハイパーモバイル水(HMW)とタンパク質問相互作用におけるHMW量の変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 王楊天、丹野則彦、石杜和希、今尾麻人、石田誠宜、和沢鉄一、最上譲二、森本展行、鈴木誠
  • 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」国際シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20130306-08
• [学会発表] マイクロ波誘電緩和分光法による有機・無機イオンおよびタンパク質の水和特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木誠
  • 学会等名: 日本分光学会テラヘルツ分光部会シンポジウム「テラヘルツ分光法の最先端VI～ここまできたテラヘルツ時間領域分光～」
  • 年月日: 2012-10-26
• [学会発表] アクチン周りの水の運動性、ATPエネルギーとのかかわり (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 誠
  • 学会等名: 2011年生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 大阪市立大学・杉本キャンパス
  • 年月日: 20110107-09
• [学会発表] マイクロ波誘電緩和分光により明らかになったATP周りのHyper-mobile water (2011)
  • 著者名/発表者名: 最上 譲二,和沢 鉄一,森本展行,児玉 孝雄,鈴木 誠
  • 学会等名: 2011年生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 大阪市立大学・杉本キャンパス
  • 年月日: 20110107-09
• [学会発表] Hydration Behaviour of Aqueous Solutions of urea and some of Its derivatives (poster) (2011)
  • 著者名/発表者名: Batnasan Altansukh, George Mogami, Tetsuichi Wazawa, and Makoto Suzuki
  • 学会等名: Academic society: Annual meeting of Global COE Program Materials Integration
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2011-03-01
• [学会発表] ATP加水分解エネルギーについての最近の理解 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 誠
  • 学会等名: 第36回生体エネルギー研究会・特定領域研究「革新的ナノバイオ」合同シンポジウム
  • 発表場所: 大阪府吹田市山田丘2-2 大阪大学銀杏会館
  • 年月日: 20101118-20
• [学会発表] Actin Polymerization Induces Hyper-mobility of Surrounding Water Molecules (2010)
  • 著者名/発表者名: Makoto Suzuki
  • 学会等名: Actin, the Cytoskeleton, and the Nucleus
  • 発表場所: Singapore National University, Singapore
  • 年月日: 20101108-12
• [学会発表] Hydration properties of ATP and phosphate -Correlation with the thermodynamic parameters (2010)
  • 著者名/発表者名: George Mogami, Takao Kodama, Makoto Suzuki
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] Dynamicproperties of water hydrating ATP (2010)
  • 著者名/発表者名: Makoto Suzuki
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会シンポジウム「ATPエネルギーの分子論」
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] Acto-S1により加水分解を受けるATP水溶液の誘電緩和分光法による連続測定 (2010)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Osada, Shin-ichiro Yasui, Tetsuichi Wazawa, George Mogami, Nobuyuki Morimoto, Makoto Suzuki
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] ミオシンS1およびアクトS1によるATP加水分解反応に及ぼすハライドイオンの影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichiro Yasui, Tatsuya Osada, Tetsuichi Wazawa, Makoto Suzuki
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] Dielectric relaxation properties of aqueous solutions of urea and its derivatives (2010)
  • 著者名/発表者名: Batnasan Altansukh, Tetsuichi Wazawa, George Mogami, Nobuyuki Morimoto, Makoto Suzuki
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] 誘電緩和分光法によるDNA/RNAオリゴマーの水和状態解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: Akira Tsuchiko, Yoshiyuki Tanaka, Tetsuichi Wazawa, Nobuyuki Morimoto, Makoto Suzuki
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] Hydration study of aqueous solutions of alkyl-sulfonates and carboxylates by microwave dielectric relaxation spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Tanno, Yang Tian Wang, Tetsuichi Wazawa, Makoto Suzuki
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] アクチン周囲の水の運動性はアクチンの重合によって増大する (2010)
  • 著者名/発表者名: Tetsuichi Wazawa, Takashi Sagawa, Tsubasa Ogawa, Nobuyuki Morimoto, Makoto Suzuki
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] ATP等熱測足およひ水相測定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 誠
  • 学会等名: 国際会議ICCT2010
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 20100803-04
• [学会発表] ポリ(アミドアミン)デンドリマの水和状態解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 森本展行、小川翼、最上譲二、鈴木誠
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20100525-27
• [学会発表] High rotational mobility of water around polyelectrolytes and actin filanlents interacting with myosin and its thermodynamic meanings(lnvited Talk) (2010)
  • 著者名/発表者名: Makoto Suzuki
  • 学会等名: Workshop on Solvation of Bioactive Compounds:Bridging theory, Computation and Experiment
  • 発表場所: Leipzig, Germany
  • 年月日: 20100107-09
• [学会発表] 誘電緩和分光法によるイオン・高分子電解質・タンパク質の水和ダイナミックス (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 誠
  • 学会等名: 理研シンポジウム 動的水和構造と分子過程IV
  • 発表場所: 独立行政法人理化学研究所 鈴木梅太郎記念ホール
  • 年月日: 2010-12-01
• [学会発表] Hydration measurement of salt ions, polyelectrolytes, and proteins in diluteb solutions by high resolution dielectric relaxation spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Makoto Suzuki
  • 学会等名: TRILATERAL SCIENTIFIC SEMINER ON "Solvation in Complex Liquids: Bridging Length Scales by Theory and Experiment"
  • 発表場所: Max Planck Institute, Leipzig, Germany
  • 年月日: 2010-06-24
• [学会発表] ATP加水分解の誘電水和解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 最上譲二,児玉孝雄, 鈴木 誠
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2010-03-22
• [学会発表] 誘電緩和分光法によるリン酸バッファーの水和解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 最上譲二,和沢鉄一,森本展行,松林伸幸,鈴木 誠
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2010-03-22
• [学会発表] Hydration study on nucleotides and actomyosin (2010)
  • 著者名/発表者名: Makoto Suzuki
  • 学会等名: International Symposium on Hydration and ATP Energy
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] Outline of the research project: ATP-energy conversion based upon the molecular understanding of hydration (2010)
  • 著者名/発表者名: Makoto Suzuki
  • 学会等名: International Symposium on Hydration and ATP Energy
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-03-08
• [学会発表] Hydration analysis of polyelectrolytes and proteins under enzynle reaction by dielectric relaxation spectroscopy(招待講演) (2010)
  • 著者名/発表者名: Makoto Suzuki
  • 学会等名: 中性子構造生物学研究会
  • 発表場所: いばらき量子ビームセンター
  • 年月日: 2010-01-27
• [学会発表] ATPの加水分解反応における反応物・生成物の水和状態とその反応自由エネルギーへの寄与について(招待講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 誠、最上譲二、児玉孝雄
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会大35回討論会ミニシンポジウム 「多彩なエネルギー変換系研究の最前線」
  • 発表場所: 旭川医科大学
  • 年月日: 2009-12-18
• [学会発表] PFGSE-NMR lこよって明らかにしたアクチン水溶液中のプロトン拡散係数の増大:重合の寄与 (2009)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sagawa, Makoto Suzuki, Tetsuichi Wazawa et al.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理年会
  • 発表場所: アスティ徳島
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] 誘電緩和分光法によるアクトミオシンの水和解析:ADP型とAMPPNP型の比較 (2009)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Osada, Makoto Suzuki et al.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理年会
  • 発表場所: アスティ徳島
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] ATP加水分解における周囲の水のダイナミックスと分極電荷の計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: Takuya Takahashi, Makoto Suzuki, et al.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理年会
  • 発表場所: アスティ徳島
  • 年月日: 2009-10-31
• [学会発表] 誘電緩和分光法によるDNAオリゴマーの水和状態解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: Akira Tsuchiko, Yoshiyuki Tanaka, Makoto Suzuki, et al.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理年会
  • 発表場所: アスティ徳島
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] ポリビニルスルホン酸およびそのアルカリ金属塩水溶液の水和特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Tanno, Makoto Suzuki, et al.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理年会
  • 発表場所: アスティ徳島
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] ハイパーモバイル水を形成する高分子水溶液におけるプロトン拡散係数 (2009)
  • 著者名/発表者名: Tsubasa Ogawa, Makoto Suzuki, et al.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理年会
  • 発表場所: アスティ徳島
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] リン酸中和反応のエントロピー変化に対する誘電水和解析およびATP加水分解系への応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: George Mogami, Makoto Suzuki, et al.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理年会
  • 発表場所: アスティ徳島
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] 誘電緩和分光法によるDNAオリゴマーの水和状態解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 土子 哲,田中好幸,森本展行,鈴木誠et al.
  • 学会等名: 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] ハイパーモバイル水を形成する高分子(PAMPS)水溶液におけるプロトン拡散係数 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小川 翼,宮崎崇,森本展行,鈴木誠 et al.
  • 学会等名: 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] ポリ(ジメチルアクリルアミド)ゲルの膨潤とハイパーモバイル水の相関関係 (2009)
  • 著者名/発表者名: 土肥亜由美,宮崎崇,森本展行,鈴木 誠
  • 学会等名: 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] ポリビニルスルホン酸およびそのアルカリ金属塩水溶液の水和特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 丹野則彦,宮崎崇,和沢鉄一,鈴木 誠
  • 学会等名: 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-17
• [備考] 水を主役とした ATPエネルギー変換
  • URL: http://www.material.tohoku.ac.jp/atpwater/index.htm