活性化状態における蛋白質の有効温度

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12304022
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 柳田 敏雄 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (30089883)
• 研究分担者: 岩根 敦子 大阪大学, 医学系研究科, 助手 (30252638) ; 関本 謙 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (00179342)
• キーワード: 科学-力学共役 / サーマルラチェット / ブラウン運動 / 有効エネルギー / アクチン / ミオシン / 分子モーター

研究概要

蛋白質は、一般にATPがADPとリン酸に加水分解するとき生じる化学エネルギーを使って、生命活動に必須な仕事をしている。しかし、蛋白質が、この化学エネルギーをどのよ'うに使って仕事をするのかという基本的な問題がまだ解けていない。
本研究では、アクチン・ミオシン分子モータを例とし、ATPの化学エネルギーが力学反応に変換する様子を1分子計測し、実験結果をもとに分子モータが一方向性の運動をおこなうメカニズムのモデルを構築することを目的とする。
ミオシン分子は熱ゆらぎによりアクチン線維のサーマルラチェットに沿ったブラウン運動をおこなっており、ATP加水分解エネルギーはブラウン運動に方向性をあたえるために使われているというのが、我々の作業仮説である。分子モータが前後どちらの方向に進みやすいかはラチェットの前後のエネルギー障壁の高さの差で決まる。1分子計測により求めた前後のステップ頻度の差から、エネルギー障壁の差は2-3kBTであることが分かった。別の分子モータであるキネシンでも同様の実験から3kBTのエネルギー障壁の差があることがわかった。我々のモデルに従ってこの差を解釈すると、ラチェットの前後にそって3kBTの有効温度差ができていると解釈できる。

研究成果

• [文献書誌] Nishiyama, M.et al.: "Substeps within the 8-um step of the ATPase cycle of single kinesin molecules"Nature Cell Biology. 3. 425-428 (2001)
• [文献書誌] Y.Ishii et al.: "Single molecule nanomanipulation of bio molcules"Trends in Biotechnology. 19. 211-216 (2001)
• [文献書誌] Ishijima, A., Yanagida T.: "Single molecule nano-biosaience"Trends in Biochemical Siences. 26. 438-444 (2001)
• [文献書誌] Inoue, Y.et al.: "Motility of single one-headed kinesin molecules along microtables"Biophysical Journal. 81. 2838-2850 (2001)
• [文献書誌] Aoki, T.et al.: "Non-contact electrostatic surface force imaging of single protein filaments using intermolecular force microscopy"Single Molecules. 2. 183-190 (2001)
• [文献書誌] Ueda, M.et al.: "Single molecule analysis of chemotactic signaling in Dictyostellum cells"Science. 294. 864-867 (2001)