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モータータンパク質分子であるATP合成酵素F1の動作メカニズムを解明するために、ATP加水分解反応と回転運動を1分子レベルで同時観察する事を試みた。
現在所有するエバネッセント場照明蛍光顕微鏡に改良を加え、蛍光色素1分子の水溶液中、実時間観察を可能にした。蛍光性ATPアナログ、Cy3-ATPを使うことにより、カバーガラス表面上に固定した1分子のF1によるATP加水分解反応を観察した。ガラス表面上に輝点として観察されるCy3-ATPの密度はガラス表面に固定したF1の濃度に比例した。また、Cy3-ATPの結合解離の時定数を調べてみると、溶液中の計測から報告されている時定数と良い一致を示した。以上の二つの点は、ATP合成酵素F1による1分子化学反応が可視化されたことを示している。
遺伝子工学の手法で作成した大腸菌のF1を使って、F1の回転運動観察実験を行った。F1中央のγサブユニットにストレプトアビジンを介して蛍光標識したアクチンフィラメントを結合させた。溶液中にATPを入れることにより、アクチンフィラメントの回転を観察した。
Cy3-ATPと蛍光標識したアクチンフィラメントが同時観察できるよう、対物レンズ型エバネッセント場照明顕微鏡の改良を行い、蛍光二色同時観察系を構築した。このことにより、蛍光色素Cy3とテトラメチルローダミンを同時に観察できるようになった。
次年度以降は、ATP加水分解観察系、回転運動観察系を蛍光二色同時観察系に適用し、化学反応と力学反応の同時観察に迫る。
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