Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

1分子生物物理 / ナノバイオ / ATP合成酵素 / 生体エネルギー / マイクロチャンバー / 1分子計測 / 表面プラズモン / 膜チャンバー / トランスポーター / 1分子計測・操作 / 分子モーター / ＡＴＰ合成 / 表面増強ラマン / 1分子観察

F1-ATPaseの分子機構に関し大きな進展があった。細胞内制御に係わる阻害状態への遷移する機構の解明に加え、加水分解とリン酸解離の角度が異なることを明らかとした。また、ATPのリン酸部部分との相互作用がトルクに直接寄与することを明らかにした。ナノロッドの異方性散乱を用いた超高速1分子計測技術を確立し、F1に加えキネシンの新しい反応中間体を発見することに成功した。また、超微小リアクタを脂質二重膜でシールした膜チャンバー技術を開発し、1分子のATP合成酵素のプロトン輸送活性測定に成功した。以上の通り、ATP合成酵素に関する根源的理解を進め、普遍的な新しい1分子計測技術を確立した。

分子モーター / ATP / V-ATPase / ATP合成

V-ATPaseは、ATPの合成・分解を触媒するV1モーター部分と、プロトン駆動力で回転力を発生させるVoモーター部分からなる。両モーター間の回転軸は繋がっており、回転力の伝達により両モーター間のエネルギー伝達が起こる。回転中の回転軸サブユニット間のずれ込みが起こると伝達効率が変化する。この様なずれ込みが起こるかを検証し、「メカニカルレギュレーション」の可能性を探るのが本研究の眼目である。試料の調製法、回転プローブであるビーズの調製法、観察条件等の検討をさらに徹底的に行い、発見確率のさらなる改善に成功した。再構成したVoV1の性質を改善された観察系で調べ、回転触媒機構に関する基本的な性質を明らかにした。1分子同時観察系により、回転中の軸サブユニット間のずれ込みをFRET効率の変化として蛍光1分子観察により検出することを試みたが、回転にともなうFRET効率の変化が検出されたことはなかった。プロトン駆動力によるATP合成反応を詳細に調べたところ、プロトンが4つ透過したときにATPが1分子合成されることがわかった。Vo部分では1回転で12個プロトンが透過する。V1部分のATP結合部位は3つであり、この結果はATP合成反応時において両モーター間の回転が固く共役していることを示唆している。一方軸間の結合力を変化させうる変位導入により、ATP分解活性が一定なのにも関わらず、合成活性が20%以下に減少した。この結果は、軸サブユニット間の結合力の変化による両モーター間の共役効率が変化しうることを示唆する。軸間のずれ込みが起こっているのかもしれない。

ATP合成 / ATP合成酵素 / F_oF_1 / モータータンパク質 / 生体エネルギー / FoF1 / F1 / モーター / F0F1 / 回転モーター / ATP / 結晶解析 / プロトン / εサブユニット / FoFl / Fl / Fo / 分子モーター

ATP合成酵素のATP合成/分解の触媒活性は, F_1-ATPase部分にある。F_1-ATPaseではα3β3がリング状に配置され、その内部に棒状のγサブユニットが存在する。3つのβサブユニットそれぞれに触媒部位が存在し、そこでATP加水分解が進行すると、γサブユニットが回転する。そこで、1つのβサブユニットだけ活性を99%失う変異を導入して回転を観察した結果、以下のことが明らかになった。γサブユニットが.度の位置で1つのβサブユニットに結合したATPは、それから200度回転した位置で加水分解され、320度回転した位置で無機リン酸を放出する。3つのβサブユニットが、あたかも輪唱のようにこの過程を120度の位相差でおこなうことでγサブユニットがスムーズに回転することが分かった。蛍光色素を1つのβサブユニットにふらふらしないように2点で結合してその構造変化を回転と同時に観察した。

【研究分担者】
野地博行	大阪大学	産業科学研究所	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
久堀徹	東京工業大学	資源化学研究所	教授	(Kakenデータベース)
村上聡	東京工業大学	生命理工学部	教授	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
村上聡	東京工業大学	生命理工学部	教授	(Kakenデータベース)