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研究の内容

A01班 膜超分子モーターの分子機構の解明

  FoF1-ATP合成酵素の回転動作機構の解明
研究代表 野地 博行 (大阪大学・産業科学研究所・教授)
研究分担 井出 徹 (大阪大学・大学院生命機能研究科・特任准教授)
研究分担 田端 和仁 (大阪大学・産業科学研究所・助教)
研究分担 飯野 亮太 (大阪大学・産業科学研究所・助教)

 これまで我々が独自に開発してきた1分子ナノバイオ技術(1分子操作、超高感度酵素アッセイ技術、再構成した膜タンパク質の1分子可視化)を利用して、ATP合成酵素を構成する2つの回転モーター、F1, Foに関する次の実験を実施する。

 (1) F1モーターの各反応速度定数を回転角度の関数として求める実験。

 (2) F1モーターを強制回転したときの反応効率と、強制回転速度・基質濃度の関係を求める実験。

 (3) ATP合成酵素の膜電位駆動回転の1分子計測システム確立。

(1)と(2)は、F1モーターの本質である「可逆性」、すなわち逆に回すと逆反応(=ATP合成)を触媒する分子メカニズムに迫る。

この実験結果は、分子シミュレーションのグループと連携して、原子レベルで議論・解釈する。

(3)では、単独のFoモーターもしくはATP合成酵素を人工平面膜に再構成し、膜電位で駆動された回転運動を1分子可視化する。

これによって、Foモーターの基本特性を解明し、その分子メカニズムを明らかにする。

  ナトリウムイオン駆動型膜内回転モーターの力発生機構の解明
研究代表 本間 道夫 (名古屋大学・大学院理学研究科・教授)
研究分担 小嶋 誠司 (名古屋大学・大学院理学研究科・助教)
研究分担 柿沼 喜己

(愛媛大学・農学部・教授)

研究分担 瀧ロ 金吾 (名古屋大学・大学院理学研究科・助教)

 イオン流入を動力源として回転する、超小型ナノマシンであるATPaseとバクテリアべん毛モーターにおいて、イオン流入がどのようなメカニズムによって回転運動に変換されるかを解明することを大きな目標とする。

これまでに多くの研究が行われてきたプロトン型のモーターに対してナトリウムイオン駆動型のモーターについて研究を進める。

イオン共役と回転の仕組みを分子レベルで明らかにすることを目的に、モータータンパク質によるイオン流入を直接検出する方法を確立し、イオン流入とモータータンパク質の構造変換と回転を同時計測することを目指す。

本研究班は、蛋白質科学(生化学)の手法を駆使し、膜蛋白質の基本特性を理解した上で、現在の最先端生命科学技術の応用をする立場にある。

FoF1-ATPaseの回転モーターの運動とATP分解エネルギーやイオン流入との共役機構とを比べることが出来る協力体制にもなっている。

  ATP合成酵素の回転モーター制御の分子機構
研究代表 久堀 徹 (東京工業大学・資源化学研究所・准教授)
研究分担 紺野 宏記 (東京工業大学・資源化学研究所・助教)
研究分担 山田 康之 (立教大学・理学部・講師)
研究分担 八木 宏昌 (大阪大学・蛋白質研究所・助教)

 生体分子モーターの作動機構を明らかにするために、駆動機構の解明と制御機構の解明は車の両輪である。

分子モーターの制御とは、モーター分子の原子レベルでの動きの制御である。

これを理解するために、回転軸(γサブユニット)側からの研究と、外的要因の研究を同時平行して実施する。

(1)  γサブユニットの構造変化による回転制御を1分子レベルで解析し、正確な角度解析により軸受け側のβサブユニットの構造と停止位置の対応付けを行う。

また、磁気ピンセット技術を用いて、停止と回転に要する力を実測する。

さらに、制御時に起こる構造変化を立体構造レベルで解明し、制御と構造の関連付けを行なう。

(2)  内在性阻害因子であるεサブユニットの機能を、阻害にかかる力の測定と分子構造の変化の両面から検証する。

さらに内在性阻害因子の構造変化と膜ポテンシャルの関連付けを行う。

(3)  外来因子によるATP合成酵素の再活性化の分子機構を調べることで、回転調節の分子機構を明らかにする。


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