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回転分子モーターF1-ATPaseの回転機構解明に向けた1分子熱力学

单分子热力学阐明旋转分子马达 F1-ATPase 的旋转机制

基本信息

批准号：
18770140
负责人：
古池晶
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Waseda 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-18770140/
关键词：
1分子計測・操作タンパク質の構造・動態・機能

项目摘要

F1-ATPase(F1)は、ATP駆動の回転分子モーターである。それぞれ3つずつのα、βサブユニットが互い違いに並んで筒状の固定子(α3β3リング)を形成し、その中心に回転子のγサブユニットが深く突き刺さっている。βのATP活性部位では、ATPの結合、加水分解、分解産物(ADPと燐酸)の解離という化学反応が順に行われ、その化学反応サイクルの段階に応じたダイナミックなβの構造変化が、γを一方向へ回転させると考えられている。化学エネルギー(ATP加水分解)を、運動エネルギーへと変換する熱機関と見做し、一分子のF1の回転速度(エネルギー変換の速度)や回転トルク(運動エネルギーの出力)の温度依存性を調べることによって、熱力学的見地から、そのエネルギー変換の仕組みへの理解を試みた。好熱菌(至適温度〜65℃)由来のF1を用い、適当な大きさの目印をγに付けることによって、その回転運動を光学顕微鏡下で観察した。新規の温度制御装置の設計・作成と、従来のレーザー暗視野照明の改良によって、試料の温度制御(4〜65℃)と高速度撮影(毎秒32,000駒)の両立が実現された。小さな金粒子(直径40nm)を目印にすると、回転の際に水から受ける粘性抵抗がほぼ無視でき、室温では〜160回転/秒、65℃では〜2000回転/秒、4℃では〜20回転/秒と、温度によりダイナミックに変化する事がわかった。特に〜10℃以下の回転速度の変化は顕著で、温度減少に伴い急激に減少した。回転トルクは、γに0.49μmのビーズを付け、そのビーズに働く粘性抵抗から求めた。4〜50℃の温度範囲で回転トルクの値にほとんど変化は見られなかった。これらの結果から、F1は、熱浴の温度変化によって反応サイクルの速度が100倍も変化するにも関わらず、サイクルあたり(1個のATP消費)の出力はほとんど変化しない熱機関であることがわかった。

F1-ATPase(F1), ATP, ATP The α, β, α, β, αβ ATP active site, ATP binding, hydrolysis, decomposition products (ADP and phosphoric acid), chemical reaction, chemical reaction The temperature dependence of chemical production (ATP hydration), kinetic production and transformation, thermal mechanism, molecular F1 recovery rate, thermal mechanism, thermodynamic mechanism, thermal mechanism, Good thermal bacteria (temperature up to 65℃) origin F1 in the middle of the use, suitable for large and medium temperature printing, high temperature printing, high temperature printing, high The design, construction, and improvement of dark-field illumination of temperature control devices, temperature control of samples (4 ~ 65℃), and high-speed imaging (32,000 feet per second) were implemented. Small gold particles (40nm diameter) are visible, resistant to water viscosity at room temperature,~ 160 cycles/s,~ 2000 cycles/s at 65℃,~ 20 cycles/s at 4℃, and resistant to water viscosity at temperature. Especially, the temperature decreases with the rapid decrease of the return speed below ~ 10℃.回転トルクは、γに0.49μmのビーズを付け、そのビーズに働く粘性抵抗から求めた。4 ~ 50℃ temperature range is the best temperature range. As a result, the temperature of the hot bath changes with a speed of 100 times, and the output of the hot bath changes with a speed of 100 times.