外力存在下でのF1モーターナノシステムの挙動

F1 电机纳米系统在外力存在下的行为

基本信息

批准号：
19037022
负责人：
宗行英朗
金额：
$ 3.46万
依托单位：
Chuo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19037022/
关键词：
ナノバイオ分子モーター生物物理一分子計測

项目摘要

平成19年度までに回転電場法によって, F_1-ATPaseに時間空間的に均一なトルクをかけることに成功し, 実験系の改良を行った. その結果, 20年度には外部トルクのステップ回転に対する効果をより定量的に評価して, ステップを起こす時の遷移状態のγサブユニットの角度が, ATP結合待ちの角度から加水分解方向においても合成方向においても, 約10°離れていることが分かった. ステップ運動全体は120°の回転であり, 加水分解反応と合成反応の遷移状態が同じポテンシャルの頂点であるとすれば, 遷移状態の角度の和は120°になるべきである. しかし得られた結果はその予想とは大きく食い違っている. このことは加水分解の時と合成の時にはF_1のコンフォメーション状態が異なっていることを示唆する. 現在, 全反射照明系と蛍光性ATPアナログを用いて, 外部トルク存在下のステップ回転とATPの脱着が1:1に対応していることを検証しようとしている.一方, 揺らぎを伴う回転運動によってどれくらいのエネルギーが散逸するかを揺動散逸定理の破れと非平衡的なエネルギーの散逸を結びつけるHarada-Sasa等式を利用して見積もった. これには微小な正弦波の外部トルクを加え, それに対する応答と揺らぎの分散を測定する必要があるが, 我々の回転電場による外部トルク印可システムはそのような測定をするのに理想的なものであり, 能動的に動いている分子モーターに対して世界で初めて運動方向の自由度に散逸するエネルギーの定量ができた. その結果, 異なるATP加水分解の自由エネルギー(ΔGATP)の条件を含む様々な条件で, 回転の自由度を介して散逸されるエネルギーはΔG_<ATP>にほぼ一致しているという驚くべき結果が得られた.

到2007年，通过使用旋转电场方法将均匀的时间空间扭矩应用于F_1-ATPase，可以改善实验系统。结果，在2007年，对外部扭矩对步长旋转的影响进行了更定量的评估，并且发现在踏入时，在过渡状态下γ亚基的角度与等待在ATP键中等待的ATP键的角度相距约10°。整个步骤运动为120°旋转，如果水解和合成反应的过渡态是相同电位的顶点，则过渡态的角度的总和应为120°。但是，获得的结果与预测有很大不同。这表明F_1的构象在水解和合成过程中有所不同。当前，使用总反射照明系统和荧光ATP模拟，我们试图在存在外部扭矩的情况下验证阶段旋转和ATP解吸对应于1：1。同时，我们估计使用旋转运动伴随着使用原始sasa方程的波动来消散多少能量，这将振荡耗散定理的破裂与非平衡能量的耗散联系起来。这需要应用正弦波的小扭矩并测量波动对其的响应和分散。我们使用旋转电场的外部扭矩应用系统是此类测量的理想选择，这是世界上首次在世界上首次量化在主动移动的分子电动机中运动自由度中消散的能量。结果，我们获得了令人惊讶的结果，即在各种条件下，通过旋转自由度消散的能量与ΔG_<ATP>大致一致，包括不同ATP水解（ΔGATP）条件的自由能，以及通过旋转自由度消散的能量与ΔG_<atp aintp> <atp>> <atp>>。

项目成果

期刊论文数量（19）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

GTミュータント(変異体F_1)の高濃度ATPでの3点ステップThree steps of GT mutant (the mutant of F_1) at high ATP concentrations

高ATP浓度下GT突变体（F_1的突变体）的三步

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hiroshi Taketani;Takahiro Watanabe-Nakayama;Tetsuaki Okamoto;Shoichi Toyabe and Eiro Muneyuki
通讯作者：
Shoichi Toyabe and Eiro Muneyuki

二つのラチェットを連結した,自律的な自由エネルギー変換モデルII

连接两个棘轮的自主自由能转换模型II