活性化状態における蛋白質の有効温度

2002 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, 生命機能研究科, 教授 (30089883)
• 研究分担者: 岩根 敦子 大阪大学, 生命機能研究科, 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: 化学-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 / 回転弾性率 / 分子モーター / アクトミオシン

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の化学エネルギーで励起されることによって蛋白質の有効温度が本当に上がるのかを直接測定し、そして、実験結果をベースにモデルを構築することを目的とする。
ATP存在下でミオシンと相互作用しているアクチンの回転揺らぎを測定した。アクチンフィラメントの両端にラテックスビーズを結合させて、2つの光ピンセットビームで水中にアクチンフィラメントを水平に固定する。ここにミオシン繊維とATPを加えてフィラメント上を滑り運動させ、ビーズの回転を検出する。トラップビーズに小さい蛍光ビーズを2,3個結合させておき、小ビーズの動きから回転を検出する。1ATPの加水分解当たり36nmという大きな変異を持つミオシンであるミオシンVIが運動するときの変位と回転を同時計測し、36nmx5回の変位当たり約45°の回転運動を観察した。この値はアクチンフィラメントの螺旋のピッチより大きく、螺旋に沿った単純な歩行モデルでは説明できない。このように計測した回転角の自己相関関数から、回転角揺らぎの2乗平均と緩和時間を求め、さらにアクチンフィラメントの回転方向の弾性率と、ビーズを含めた回転運動に対する摩擦抵抗を求め、有効温度に換算することが出来る。今後はこの方法でアクチンフィラメントの有効温度の計測をおこなう。

研究成果

• [文献書誌] T.ide, Y.Takeuchi, T.Yanagida: "Development of an Experimental Apparatus for Simultaneous Observation of Optical and Electrical Signals from Single Ion Channels"Single Molecules. 3. 33-42 (2002)
• [文献書誌] S.Nishikawa, K.Homma, Y.Komori et al.: "Class VI myosin moves processively along actin filament backwards with large steps"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 290. 311-317 (2002)
• [文献書誌] H.Tanaka, K.Homma, A.H.Iwane et al.: "The motor doamin determines the large step of myosin-V"Nature. 415. 192-195 (2002)
• [文献書誌] M.Nishiyama, H.Higuchi, T.Yanagida: "Chemomechanical coupling of the ATPase cycle to the forward and backward movements of single kinesin molecules"Nature Cell Biology. 4. 790-797 (2002)
• [文献書誌] Ide, T., Takeuchi, Y., Aoki, T., Yanagida, T.: "Simultaneous optical and electrical recording of a single ion-channel"Jpn J Physiol.. 52. 429-434 (2002)