生物分子モーター1分子のメガヘルツ応答計測と熱ラチェット型メカニズムの解明

测量单个生物分子马达的兆赫兹响应并阐明热棘轮机制

• 批准号: 18710110
• 负责人: 西山 雅祥
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18710110/
• 关键词: 分子モーター; 光ピンセット; 1分子計測; 熱ラチェット機構; 生物物理; キネシン; 分子モーター; 光ピンセット; 1分子計測; 熱ラチェット機構; 生物物理; キネシン

本研究の目的は、生物分子モーターがどのようにして、化学エネルギーを力学エネルギーへと変換しているのか、その仕組みを明らかにすることにある。キネシンは、細胞内の物質輸送を担う代表的な分子モーターであり、ATPを加水分解しながら微小管に沿ってステップ状の変位を発生させている。研究代表者はこれまでより、光ピンセットを用いたナノメートル計測装置を用いて、キネシン1分子の力学計測を行ってきた。本年度は、1)従来よりも分解能を向上させたナノメートル計測系の構築と、2)キネシンのステップ状変位を元にした運動解析を行った。前者については、従来までの分解能では捉えられなかった変位検出を目標に、分子モーターの動きの指標となるビーズからS/Nの高い像を形成させる暗視野照明型の光学系開発に取り組んだ。レーザー光をリング状に拡げた輪帯照明の光学系を構築したが、現状ではビーズから得られる散乱強度が不十分であり、さらなる光学系の改良が必要である。また、後者については、様々なATP濃度で計測したキネシンのステップ状変位の解析を行ったところ、キネシンが前後にステップする比にはATP濃度依存性が見られ、全ての力領域において、低ATP濃度下では前方方向にステップする頻度が少なくなる傾向が見られた。これは、力による微小管からの解離現象が含まれることに起因する。モデル解析を行ったところ、キネシンは負荷に抗して運動している際には一つのモータードメインを介して微小管に結合していることが示唆された。

这项研究的目的是阐明生物分子电动机如何将化学能转化为机械能以及其工作原理。驱动蛋白是一种典型的分子电动机，负责在细胞内运输物质，并在水解ATP时会沿微管产生类似沿微管的位移。主要研究者一直在使用光学镊子使用纳米测量设备对一个驱动蛋白分子进行机械测量。今年，我们进行了1）构建比以前相比的分辨率改进的纳米测量系统，以及基于驱动蛋白的阶梯状位移的运动分析。借助前者，我们一直在开发一个黑场照明型光学系统，该光学系统允许来自珠子的高s/n图像，这些珠子是分子运动运动的指标，目的是检测位移，无法通过常规分辨率捕获。尽管通过将激光光扩散到环形形状中来构建环形照明光学系统，但目前从珠子获得的散射强度不足，并且需要对光学系统进行进一步的改进。此外，在后一种情况下，在分析以各种ATP浓度测量的驱动蛋白的阶梯状位移时，发现驱动蛋白来回逐步向后步进的比率取决于ATP浓度，并且在所有力区域中，发现在低ATP浓度下向前趋于频率较低的频率频率较低。这是由于由于力引起的从微管中解离现象。模型分析表明，在锻炼负载时，驱动蛋白通过单个电动机结构域与微管结合。