物理的に妥当な関係式による生体分子モーターF1-ATPaseのエネルギー論の展開

使用物理有效的关系表达式开发生物分子运动 F1-ATP 酶的能量学

• 批准号: 19H01864
• 负责人: 中山 洋平
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H01864/
• 关键词: 分子モーター; 非平衡熱力学; 非平衡統計力学; 生物物理; 分子モーター; 非平衡熱力学; 非平衡統計力学; 生物物理

生体分子モーターF1-ATPaseの回転速度が、ATPをエネルギー源として分解して回転しているときと、ATPを合成しながら回転しているときとでは、基質であるATPおよびADPの濃度に対して異なる依存性を示す、という結果を2021年度に得ていたが、その実験において用いていた装置の問題により、F1-ATPaseにATPを合成させるために外部から加えていたトルクの大きさが非一様になってしまっていたことが判明した。そのため、トルクが一様になるように実験装置を調整した上で、全ての測定を再び行い直した。再測定で得られた結果は、前の結果と定性的には同じであり、特に、F1-ATPaseの回転速度の基質濃度依存性がATP分解と合成とで非対称である、という結論は影響なく保たれることが分かった。また、この結果によって、F1-ATPaseにおけるATP分解と合成との間の非対称性が、外部から加えるトルクに多少の非一様性があっても保たれるロバストな性質であることが明らかになった。さらに、得られた実験結果が数理モデルによって再現できるかを、数値計算を行って調べた。その結果、既存のモデルを微調整するだけで、定性的なレベルにとどまらず定量的にも実験結果を再現することに成功した。このモデルは、従来のHarada-Sasa等式を用いて得られた実験結果に基づいて提案されたものであり、今回の結果は別の角度からこのモデルの妥当性を検証したと位置付けられる。また、この結果によって、従来のHarada-Sasa等式をF1-ATPaseの実験で用いることの妥当性が補強されたと言える。

在2021年，结果表明，生物分子运动F1-ATPase的旋转速度在依赖于底物ATP和ADP之间的浓度在分解和使用ATP旋转的底座和ADP之间，并且在合成ATP时旋转时旋转的旋转，但由于构成的设备而导致的构成量的设备，其元素是构成的，其元素是元素的，因此，它是元素的范围。 F1-ATPase已变得不均匀。因此，调整了实验设备以确保均匀的扭矩，并再次进行所有测量。从重新计量获得的结果与先前的结果相同，特别是，F1-ATPase旋转速度的底物浓度依赖性在ATP分解和合成之间不对称的结论仍然不受影响。该结果还表明，F1-ATPase中ATP分解与合成之间的不对称性是一种健壮的特性，即使外部施加的扭矩有某些不均匀性，也可以保持。此外，还进行了数值计算，以确定是否可以使用数学模型再现获得的实验结果。结果，我们能够不仅定量地重现实验结果，而且通过微调现有模型来定量。该模型是根据使用常规Harada-SASA方程获得的实验结果提出的，并且当前结果定位为从不同角度验证该模型的有效性。此外，可以说这一结果增强了在F1-ATPase实验中使用常规Harada-SASA方程的有效性。