生体エネルギー変換システムの入出力のダイナミックな相関の1分子計測とモデル化

生物能量转换系统输入和输出之间动态相关性的单分子测量和建模

基本信息

  • 批准号:
    05J09577
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2005 至 2006
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究の目標は、生体ナノモーターであるキネシンが、どのようなキネティクス経路を介して運動を発生するのかを記述し、キネシンによる生体エネルギー変換システムにおけるエネルギー変換の流れをモデル化することにある。現在キネシンのエネルギー変換のメカニズムに関しては、2つの相反するモデルが提唱されている。一つ目はタイトカップリングモデルであり、キネシンのメカノケミカルカップリングをギアとギアの噛み合わせに見立てたモデルである。キネシンは、ATP加水分解反応を通じて前後に単位ステップ運動を発生しながら運動機能を実現することが知られているが、このモデルの場合、キネシンの前方向へのステッチ(フォワードステップ)はATP加水分解反応とカップルしているのに対し、後ろ方向へのステップ(バックワードステップ)はATP加水分解反応とは関係なく起こる。一方、二つ目のモデルはルースカップリングモデルと呼ばれるモデルであり、キネシンのメカノケミカルカップリングがサーマルラチェットモデルなどの熱揺らぎを利用したメカニズムによって生じることを想定したモデルである。この場合、ATP加水分解反応はフォワードステップだけでなくバックワードステップにもカップルする。現在、両者のモデルのいずれが正しいかは未だ明らかとなっていないが、フォワードステップとバックワードステップのATPのカップリングを個別に調べることにより、これらの検証が可能となると考えられる。そこで我々は、1分子ナノ力学計測の技術を用いて、キネシンの前後のステップを様々なATP濃度で計測することにより、この問いを明らかとすることを試みた。その結果、キネシンの前後へのステップ頻度はATP濃度を上げることによって同様の割合で上昇することがわかった。このことは、前後のステップ運動がATPの結合反応によりトリガーされていることを直接示しており、キネシンのメカノカップリングがタイトではなくルースであることを示唆している。本研究の結果は、今後の生体ナノモーターの動作原理に関する研究に対して非常に大きな示唆を与えることが期待できる。
这项研究的目的是描述动力学纳米运动的动力学途径运动蛋白会产生运动,并模拟驱动蛋白中生物能转化系统中能量转化的流动。目前,已经提出了有关驱动蛋白能量转化机理的两个相反模型。第一个是一个紧密的耦合模型,该模型使用驱动蛋白的机械化学耦合作为齿轮的网格。众所周知,动力素通过通过ATP水解反应产生向前和向后单位的步骤运动来实现运动功能,但是在该模型中,动机蛋白(前进步骤)的正向缝合具有ATP水解反应,而向后步骤(向后步骤)发生在ATP水解反应中。另一方面,第二个模型称为松散的耦合模型,它是一个模型,假定驱动蛋白的机械化学耦合是由于利用热波动的机制而发生的,例如热棘轮模型。在这种情况下,ATP水解反应不仅伴随着远期步骤,而且伴随着向后步骤。目前,目前尚不清楚这两个模型中的哪一个是正确的,但是可以通过单独检查前向和向后步骤的ATP耦合来验证这些模型。因此,我们试图通过使用单分子纳米力学测量技术在各种ATP浓度下测量动力蛋白之前和之后的步骤来阐明这个问题。结果,发现通过增加ATP浓度以相似的速率增加之前和之后的步骤频率。这直接表明向前和向后的步骤运动是由ATP的结合反应触发的,这表明驱动蛋白的机械耦合是松散而不是紧密的。预计这项研究的结果将为未来对生物纳米运动的工作原理的研究提供非常重要的建议。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
It is entropy that biases the kinesin Brownian steps forward
正是熵使驱动蛋白布朗向前迈进了一步
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Taniguchi;Y.;Karagiannis;P.;Nishiyama;M.;Ishii;Y.;Yanagida;T.
  • 通讯作者:
    T.
Single molecule thermodynamics in biological motors
  • DOI:
    10.1016/j.biosystems.2006.08.016
  • 发表时间:
    2007-04-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Taniguchi, Yuichi;Karagiannis, Peter;Yanagida, Toshio
  • 通讯作者:
    Yanagida, Toshio
Entropy rectifies the Brownian steps of kinesin (24 Graphics Selection)
熵校正驱动蛋白的布朗步(24图形选择)
Entropy rectifies the Brownian steps of kinesin
  • DOI:
    10.1038/nchembio741
  • 发表时间:
    2005-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    14.8
  • 作者:
    Taniguchi, Y;Nishiyama, M;Yanagida, T
  • 通讯作者:
    Yanagida, T
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

谷口 雄一其他文献

Resolving 3D Higher-order Molecular Structure of the Genome
解析基因组的 3D 高阶分子结构
  • DOI:
    10.2142/biophys.59.305
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    谷口 雄一;大野 雅恵
  • 通讯作者:
    大野 雅恵

谷口 雄一的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('谷口 雄一', 18)}}的其他基金

Biophysics of higher-order molecular genome structure
高阶分子基因组结构的生物物理学
  • 批准号:
    20H00460
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.15万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
1分子スケール蛍光分析化学の創出
创建单分子规模荧光分析化学
  • 批准号:
    20K20458
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.15万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
細胞内全遺伝子発現の網羅的1分子解析
所有细胞内基因表达的综合单分子分析
  • 批准号:
    10J01005
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 1.15万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows

相似国自然基金

基于表面增强拉曼光谱研究荷能离子对生物分子的辐解作用
  • 批准号:
    11175204
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

クライオ電子顕微鏡による V型ATPaseの回転機構の解明
使用冷冻电子显微镜阐明 V 型 ATP 酶的旋转机制
  • 批准号:
    20H03231
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.15万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Study on Structure and Function for Force Generating Mechanism of Bacterial Flagellar Motor
细菌鞭毛马达发力机构的结构与功能研究
  • 批准号:
    20H03220
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.15万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Exploring the limits of quasi-static operation of F1 motors
探索 F1 电机准静态运行的极限
  • 批准号:
    18K06164
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 1.15万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
生体分子モーターの内部で起きる非平衡散逸の定量と数理モデル解析
生物分子马达内部发生的非平衡耗散的量化和数学模型分析
  • 批准号:
    18K03564
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 1.15万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
F1-ATPaseによる生体分子モーターの化学-力学エネルギー変換機構の解明
F1-ATPase 阐明生物分子马达的化学机械能转换机制
  • 批准号:
    17K07371
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 1.15万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了