ATP合成酵素を構成する2つのナノモーターの回転共役機構

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13308036
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 吉田 賢右 東京工業大学, 資源化学研究所, 教授 (90049073)
• キーワード: ATP合成 / ATP合成酵素 / F1-ATPアーゼ / 回転

研究概要

F_0部分の回転に関しては,界面活性剤存在下での一分子観察は,複合体の解離などによるアーチファクトを見る可能性が強いことを指摘し,最終的にF_1のγ-εサブユニットとF_0のcサブユニットを架橋しても機能が保たれることからF_06のcサブユニットからなるリングが回転することを実証した.そしてF_0F_1-ATP合成酵素の発現系作成に成功し,bサブユニットが,F_0とF_1を結合するsecond stalkとして機能することを明らかにした.
γサブユニットの回転は,βサブユニットの構造変化によって引き起こされると考えられるが,このβサブユニットの構造変化を導入したCySのクロスリンク形成,構造変化部位への変異導入などによって調べた.そして,本酵素に特徴的なADPMgによる特異的阻害と,非触媒ヌクレオチド結合部位との関係をATPの加水分解,合成の両面から追求し,一分子観察によってこの特異的阻害の実体を明らかにして,さらにこの阻害をきわめて受けにくい変異体の作成に成功した.
一方,εサブユニットが大きな構造変化をしてβサブユニットのDELSEED領域と相互作用することにより本酵素のATPase活性を阻害して調節していることを明らかにした.そしてこの阻害はATP合成条件ではおこらないラチェット的なものであることが明らかになった.

研究成果

• [文献書誌] Noji H, Yoshida M: "The rotary machine in the cell, ATP synthase"j Biol Chem.. 276. 1665-1668 (2001)
• [文献書誌] Tsunoda SP, Aggeler R, Yoshida M, Capaldi RA.: "Rotation of the c subunit oligomer in fully functional FiFo ATP synthase"Proc Natl Acad Sci USA. 98(3). 898-902 (2001)
• [文献書誌] Hara KY, Kato-Yamada Y, Kikuchi Y, Hisabori T, Yoshida M.: "The role of the betaDELSEED motif of F1-ATPase"j Biol Chem.. 276. 23969-23973 (2001)
• [文献書誌] Tsunoda SP, Rodgers AJ, Aggeler R, Wilce MC, Yoshida M, Capaldi RA.: "Large conformational changes of the epsilon subunit in the bacterial F_1F_0 ATPsynthase provide a ratchet action to regulate this rotary motor enzyme"Proc Natl Acad Sci USA. 98. 6560-6564 (2001)
• [文献書誌] Yasuda R, Noji H, Yoshida M, Kinosita K Jr, Itoh H.: "Resolution of distinct rotational substeps by submillisecond kinetic analysis of F1-ATPase"Nature. 410. 898-904 (2001)
• [文献書誌] Yoshida M, Muneyuki E, Hisabori T.: "ATP synthase‥ a marvellous rotary engine of the cell"Nat Rev Mol Cell Biol.. 2. 669-677 (2001)
• [文献書誌] Hirono-lara Y, Noji H, Nishiura M, Muneyuki E, Hara KY, Yasuda R, Kinosita K Jr, Yoshida M.: "Pause and rotation of F(1)-ATPase during catalysis"Proc Natl Acad Sci USA. 98. 13649-13654 (2001)