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

基本信息

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

项目摘要

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。

生物分子马达F1-ATP酶在分解ATP作为能源时旋转时和在合成ATP时旋转时，其旋转速度根据底物ATP和ADP的浓度而不同。2021年，我们获得了显示出不同依赖性的结果。由于实验中使用的设备存在问题，施加到F1-ATP酶上以合成ATP的外部扭矩的大小不均匀，结果结果是相似的。因此，所有测量均在调整实验设备使扭矩均匀后重新进行。重新测量中获得的结果与之前的结果定性相同，特别是，F1-ATP酶的旋转速率对底物浓度的依赖性在ATP降解和合成之间不对称的结论不受影响。可以保存。该结果还表明，F1-ATPase 中 ATP 分解和合成之间的不对称性是一种稳健的特性，即使外部施加的扭矩存在一些不均匀性，该特性也能保持不变。此外，我们进行了数值计算，以检验所获得的实验结果是否可以使用数学模型重现。因此，他们只需对现有模型进行细微调整，不仅能够定性而且定量地重现实验结果。该模型是根据传统Harada-Sasa方程获得的实验结果提出的，目前的结果可以认为从不同角度验证了该模型的有效性。另外，该结果可以说强化了在F1-ATPase实验中使用传统的Harada-Sasa方程的有效性。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

生体分子モーターF1のATP合成という目的に合った設計原理

生物分子马达F1 ATP合成的有目的设计原理

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Seya Atsumasa;Aoyagi Tatsuya;Itami Masato;Nakayama Yohei;Nakagawa Naoko;中山洋平;中山洋平，鳥谷部祥一;中山洋平
通讯作者：
中山洋平

Tight Chemomechanical Coupling of the F1 Motor Relies on Structural Stability

F1 电机的紧密化学机械耦合依赖于结构稳定性

DOI：
10.1016/j.bpj.2020.04.039
发表时间：
2020
期刊：
Biophysical Journal
影响因子：
3.4
作者：
Tanaka Mana;Kawakami Tomohiro;Okaniwa Tomoaki;Nakayama Yohei;Toyabe Shoichi;Ueno Hiroshi;Muneyuki Eiro
通讯作者：
Muneyuki Eiro

Kinetic ratchet mechanism of F1-ATPase selectively suppresses hydrolysis of ATP

F1-ATPase 的动力学棘轮机制选择性抑制 ATP 水解

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Seya Atsumasa;Aoyagi Tatsuya;Itami Masato;Nakayama Yohei;Nakagawa Naoko;中山洋平;中山洋平，鳥谷部祥一;中山洋平;中山洋平，鳥谷部祥一;中山洋平，鳥谷部祥一
通讯作者：
中山洋平，鳥谷部祥一

自由エネルギーの浪費を抑えるF1-ATPaseの速度論的制御機構

F1-ATP酶抑制自由能浪费的动力学控制机制