Control of Power Generation in Actin-Myosin Gels

Yamamoto Syou

Motivation　 In our previous study in actin-myosin gels:We make myosin and ATP concentration the same for all experimental samples. ↓Recently, we perform experiment by changing the ATP concentrations while maintaining the myosin concentration constant　　　　　

Way of Controlling the Power Generation in Actin-Myosin gels

1. Lower the temperature (about 10 ℃) of the actin-　　 myosin sample for ATP regeneration. (because ATP regenerates at low temperature)

2. ATP regeneration system used PC , CPK3. Ca2+ exchange used dialysis membrane.4. Photolysis of caged Ca2+.

Force generation of one myosin in actin networks

新しいパワーポイント。多くのミオシンとアクチンネットワークがどのように力生成するのか考える。

Force generation of many myosin in actin networks

ATP Regeneration System used PC, CPK

■Force 　 generation

ATP ⇒ ADP + Pi

■ATP regeneration

Creatine + ATP ⇔ Phosphocreatine + ADP 　　　　　　　　　　　　↑Creatine Phosphokinase

Creatine ATP

2Ca

In the cell , force generation on actin-myosin is controlled by calcium ion concentrations. After released by endoplasmic reticulum , calcium is combined with troponin , and tropomyosin is caused a structural change , and finally actin is made activated.

Function of in Muscular Tissue

Caged Compounds

Caged compounds are light-sensitive probes that functionally encapsulate biomolecules in an inactive form. Irradiation liberates the trapped molecule, permitting targeted perturbation of a biological process. シグナル分子が機能発現する時期と場所を，光を照射する時期と場所で制御することが可能になり，照射光量 で発現する量を調節することも原理的には可能となるため，シグナル伝達に関与する分子の時空間動態を，リアルタイムで制御する強力な方法となる。

電磁波の持つエネルギー E は、次の式で表される。 E ＝ 1 ／ 4.2 ・ N ・ h ・ c ／λ （ kcal/mol ）

ここで、 h はプランク定数（ 6.626×10 - 27erg ・ sec ）、 c は光速（ 2.998×1010cm/sec ）、 λ は波長（ cm ）、 N はアボガドロ定数（ 6.02×1023/mol ）を表す。 ここで 172nm の光は 166kcal/mol 、 185nm の光は 155kcal/mol 、 254nm の光は 113kcal/mol のエネルギーを持つ。

Photolysis (Photodissociation)光分解は、照射された有機物が光を吸収することによりおこる分解をいう。

光分解性保護基

光分解性保護基として一般的なものは、 2- ニトロベンチル基である。

イノシトール三リン酸 DM-Nitrophen Nitrophenyl EGTA

2Ca イオンの制御

生体膜が ATPase で、 Mg++を触媒としエネルギーを得てカルシウムを外に吐き出す。

生体内カルシウムイオン濃度　　　　　　　　　　0.1μmol/l　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓　筋収縮　　　　　　　　 1 ～2μmol/l

半透膜を用いたカルシウムイオンの濃度調整

G- アクチンの分子量　　約４２０００

ATP, Calcium Concentration measurements

細胞内カルシウムイオンの測定として有名なのが Quin2カルシウムイオン濃度に応じて蛍光。

ATP 計測としては、ルシフェラーゼなどと反応させることにより発光する。この発光量は ATP 量が多いほど発光量が増す。

ケージド化合物に変換可能な官能基は，カルボン酸，リン酸，スルホン酸，アミド，第一級または第二級アミン，アルコール，フェノール，チオール，ケトン，アルデヒドのいずれか

＊）光分解の例