磁気ピンセットを用いた1分子操作による回転分子モーターの研究

利用磁力镊子进行单分子操控旋转分子马达的研究

基本信息

批准号：
14704065
负责人：
野地博行
金额：
$ 18.55万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14704065/
关键词：
1分子生理・生化学分子マニピュレーション 1分子ナノ計測 1分子計測・操作運動・輸送タンパク質・核酸の構造・動態・機能生体膜・受容体・チャンネル 1分子科学一般分子モーター ATP合成酵素 F1モーター 1分子操作磁気ピンセット

项目摘要

本年は、本研究の最終年度であり、いくつかの具体的成果を上げることに成功した。全て、本研究で開発した磁気ピンセットを用いた研究である。まず、ADP阻害状態のF1モーターの回転子を、機械的に押すことによって活性化する現象の解明に成功した。これによって、F1モーターのADPに対する親和性が回転方向に沿って減少することを明らかにすることができた。この性質は、F1のモーターとしての性質を説明するだけでなく、逆反応であるATP合成をもうまく説明できる。すなわち、F1はモーターとして機能するときは、効率的にADPを解離しなくてはいけない。一方、合成酵素として機能するときは、溶液中から効率的にADPを結合しなくてはいけない。この二つの相反する性質は、本研究で明らかになったようにADPに対する親和性に強い角度依存性で説明がつく。また、1分子操作とマイクロ加工技術を組み合わせた実験によって、1分子のF1を逆回転させたときのATP合成効率の測定にも成功した。超微小の溶液空間にF1を閉じ込めて逆回転させることで、F1が合成したATP分子を濃縮することができる。合成されたATP量は、F1モーター自身の回転速度から見積もることができたい。この結果、εと呼ばれるこれまでさほど重要視されていなかったサブユニットが効率的な合成反応に重要であることが示された。

今年是这项研究的最后一年，我们已经取得了一些具体成果。所有这些研究都使用了本研究中开发的磁力镊子。首先，他们成功地阐明了处于ADP抑制状态的F1电机转子通过机械推动而被激活的现象。这表明F1马达对ADP的亲和力沿着旋转方向减小。这一特性不仅解释了 F1 的运动特性，还解释了逆反应，即 ATP 合成。换句话说，当F1充当马达时，它必须有效地解离ADP。另一方面，当作为合成酶发挥作用时，它必须有效地结合溶液中的 ADP。正如本研究所揭示的，这两个矛盾的特性可以通过 ADP 亲和力的强烈角度依赖性来解释。此外，通过结合单分子操作和微加工技术的实验，他们成功测量了F1的一个分子沿相反方向旋转时的ATP合成效率。通过将F1限制在超小的溶液空间内并使其向相反方向旋转，可以浓缩F1合成的ATP分子。合成的 ATP 量可以根据 F1 电机本身的转速来估算。结果表明，直到现在还没有被认为非常重要的称为ε的亚基对于有效的合成反应非常重要。