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

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1 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）

2 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

3 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。

4 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

5 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

6 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

7 ＡＴＰ合成酵素はどう働く？ 外側 膜 内側 （Ｆ１－ＡＴＰａｓｅ）

8 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

9 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

10 Ｆ１－ＡＴＰａｓｅは回転モーター！ (アクチンフィラメントの長さ＝２μｍ）

11 １個のＡＴＰで１２０度回転する Yasuda, R. et al. (1998) Cell

12 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

13 エネルギー変換効率を求める ３μｍ ２μｍ １μｍ

14 エネルギー変換効率を求める ３μｍ ２μｍ １μｍ

15 エネルギー変換効率を求める ３μｍ ２μｍ １μｍ

16 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

17 最高速度は？

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 １分子レベルでの Ca2+チャンネルの機能の可視化

24 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

25 Ca2+チャンネルの共同的抑制 CaMKII Ca2+ 抑制

26 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？