一分子で出来た回転モーター、Ｆ１－ＡＴＰａｓｅの動作機構...

一分子で出来た回転モーター、Ｆ１－ＡＴＰａｓｅの動作機

構

ーたんぱく質の物理ー

安田　涼平コールドスプリングハーバー研究所（アメリカ合衆国ニューヨーク州）

たんぱく質＝分子機械• 直径１０ nm（１０万分の一ミリメーター）

• アミノ酸が連なってでできたひもが、立体構造をとることによって機能をもつ

• 種類によって個別の、複雑な働きをする　– 例：物質運搬（モーター、チャンネル）　生合成　分解

たんぱく質が働く環境

水分子が時速 1000ｋｍくらいでぶつかってくる。

今日のたんぱく質

• ＡＴＰ合成酵素とＦ１－ＡＴＰａｓｅ• 電位依存性カルシウムチャンネル

ＡＴＰは、生体エネルギーの通貨

モーターたんぱく質イオン輸送生合成（ＤＮＡ，たんぱく質などの合成）

ミトコンドリアのＡＴＰ合成

ＡＴＰ合成酵素の働きＡＴＰ合成酵　（ＡＤＰ→ＡＴＰ）

呼吸鎖たんぱく質複合体

ＡＴＰ合成酵素はどう働く？

膜

外側

内側

（Ｆ１－ＡＴＰａｓｅ）

Ｆ１－ＡＴＰａｓｅは回転モーター？

アビジン

アクチンフィラメント

ガラス面F1-ATPase

ビオチン

ヒスチジンタグ

Ｆ１－ＡＴＰａｓｅは回転モーター！

(アクチンフィラメントの長さ＝１．３ μｍ）

Noji,H., Yasuda, R., Yoshida, M. Kinosita, K. (1997) Nature

Ｆ１－ＡＴＰａｓｅは回転モーター！

(アクチンフィラメントの長さ＝２ μｍ）

１個のＡＴＰで１２０度回転する

Yasuda, R. et al. (1998) Cell

エネルギー変換効率を求める

エネルギー変換効率＝120度回転で水の粘性に対してする仕事

ＡＴＰを分解するときのエネルギー


３ μｍ２ μｍ１ μｍ


エネルギー変換効率＝120度回転で水の粘性に対してする仕事

ＡＴＰを分解するときのエネルギー

＝　

Yasuda, R. et al. (1998) Cell

最高速度は？

最高速度＝毎分１万回転

レーザー暗視野顕微鏡高速カメラ（毎秒８０００フレーム）

高ＡＴＰでも１２０度ステップ

267倍スローYasuda, R. et al. (2001) Nature

もっとよくステップを見る

１２０度ステップは、９０度ステップ＋３０度ステップ

(1000倍スロー）

回転のメカニズム

Yasuda, R. et al. (2001) Nature

ATP結合 ADP解離

ATP分解90度

120度

0度

ATP 待ち時間

ATP 待ち時間

神経の電位動作性Ca2+チャンネルの制御

1. 膜の電位の変化で開く

2. カルシウムのみを通す

3. 脳の学習、記憶に重要

外側：高カルシウム

内側：低カルシウム

シナプスにある Ca2+チャンネルの機能を測る

カルシウム

感受性蛍光色素

電気刺激

神経細胞

シナプス

１分子レベルでのCa2+チャンネルの機能の可視

化

高神経活動によるCa2+チャンネルの抑制

シナプスのカルシウム濃度

活動電位

Ca2+チャンネルの共同的抑制

抑制

Ca2+CaMKII

Ca2+チャンネルの抑制はシナプスの可塑性を阻害する

増強前

増強後Ca2+チャンネルの抑制がある場合神経の電位

シナプスの刺激

働きすぎると、記憶力が低下する？

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