F_1-ATPaseの1分子活性測定系の開発と解析

F_1-ATPase单分子活性测定系统的开发与分析

• 批准号: 00J10205
• 负责人: 原 陽子 (弘埜 陽子)
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J10205/
• 关键词: F_1-ATPase; 1分子; 活性

F_1-ATPaseは、ATP加水分解に伴って、γサブユニット(以下γ)を回転させる世界最小の回転モーターである。本研究ではF_1ATPaseの回転を詳細に1分子観察することによって、以下のことを明らかにした。1.加水分解中に連続的に回転しているF_1-ATPase(以下F_1)のγは、時々長い間(〜30秒)停止し、また回転し始める。この停止状態は、触媒サブユニットであるβが、ATP加水分解の途中でADPを解離せずに結合したまま不活性化した状態(ADP阻害型)であり、また、F_1はATPが結合してから、γが90°回転したところでADP阻害型になることがわかった。これは1分子が確率的に活性化状態と不活性化状態を行き来していることを初めて捉えたものである。また、F_1は1つのATPを加水分解するのに伴って120°回転し、この回転は、90°と30°の回転に分けて行われる。そのうち、はじめの90°回転はATPの結合によって起こるが、30°回転は何によって起こるか不明であった。本研究により、30°回転はADPの解離により起こることが示唆された。2.葉緑体由来のF_1のγには、ジスルフィド結合の酸化還元による活性制御領域が存在している。この制御領域を好熱菌F_1に導入し、1分子観察を行った。酸化条件下では、還元条件下よりも停止時間が長くなっていることから、酸化したF_1は頻繁に長い停止状態になりやすいという特徴をもつことが分かった。本研究により、1分子の回転を人為的に変化させることができるようになった。本研究により、F_1の活性と回転を1分子レベルで検出および制御することができるようになった。当初の計画とはアプローチの異なるものになったが、本研究の目的であるF_1の回転と活性のエネルギー共役機構の解明への足がかりとなったと確信している。

F_1-ATPase, ATP hydrolysis, γ- In this study, we investigated the molecular structure of F_1 ATPase in detail. 1. During hydrolysis, F_1-ATPase(below F_1) starts to recover and stops for a period of time (~ 30 seconds). The catalyst is in the inactive state (ADP inhibition type) and the catalyst is in the active state (ATP inhibition type). The active state and inactive state of the molecule are determined by the molecular weight of the molecule. F_1 and F_1 are separated by 120°, 30° and 90 ° ATP hydrolysis.そのうち、はじめの90°回転はATPの结合によって起こるが、30°回転は何によって起こるか不明であった。In this study, the 30° rotation of ADP was observed. 2. The chloroplast origin of F_1 and the interaction between F_1 and F_2 in the acidification of F_1 and F_2 in F_1 were studied. F_1 is introduced into the control field, and 1 molecule is detected. Under acidizing condition, under reducing condition, the stopping time is too long, acidizing condition F_1 is too frequent, the stopping state is too long, and the characteristic is too long. This study was conducted on the basis of artificial transformation of 1 molecule and 1 molecule. In this study, the activity of F_1 was detected in a molecular scale. The purpose of this study is to investigate the relationship between F_1 activity and the mechanism of the interaction between F_1 and F_2.

项目成果

Hirono-Hara Y, Noji H, Nishiura M, Muneyuki E, Hara YK, Yoshida M, Kinoshita KJr: "Pause and Rotation of F_1-ATPase during Catalysis"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 98. 13649-13654 (2001)

Hirono-Hara Y、Noji H、Nishiura M、Muneyuki E、Hara YK、Yoshida M、Kinoshita KJr：“催化过程中 F_1-ATP 酶的暂停和旋转”Proc.Natl.Acad.Sci.USA。

Brad D, Noji H, Yoshida M, Hirono-Hara Y, Hisabori T: "Redox regulation of the rotation of F_1-ATP synthase"J.Biol.Chem. 276. 39505-39507 (2001)

Brad D、Noji H、Yoshida M、Hirono-Hara Y、Hisabori T：“F_1-ATP 合酶旋转的氧化还原调节”J.Biol.Chem。