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 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10nm(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? 外側 膜 内側 (F1-ATPase)
F1-ATPaseは回転モーター? アクチンフィラメント ビオチン ヒスチジンタグ アビジン F1-ATPase ガラス面
F1-ATPaseは回転モーター! (アクチンフィラメントの長さ=1.3μm) 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=2μm)
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 120度回転で水の粘性に対してする仕事 エネルギー変換効率= ATPを分解するときのエネルギー
エネルギー変換効率を求める 3μm 2μm 1μm
エネルギー変換効率を求める 3μm 2μm 1μm
エネルギー変換効率を求める 3μm 2μm 1μm
エネルギー変換効率を求める 100 % !! 120度回転で水の粘性に対してする仕事 エネルギー変換効率= 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 (1000倍スロー) 120度ステップは、90度ステップ+30度ステップ
回転のメカニズム ADP解離 ATP結合 ATP分解 120度 ATP待ち 90度 0度 ATP待ち 時間 90度 0度 ATP待ち 時間 Yasuda, R. et al. (2001) Nature
神経の電位動作性 Ca2+チャンネルの制御 外側:高カルシウム 膜の電位の変化で開く カルシウムのみを通す 脳の学習、記憶に重要 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 電気刺激 神経細胞 カルシウム 感受性蛍光色素 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 CaMKII Ca2+ 抑制
Ca2+チャンネルの抑制は シナプスの可塑性を阻害する 神経の電位 Ca2+チャンネルの抑制がある場合 増強後 増強前 シナプスの刺激 働きすぎると、記憶力が低下する?