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）

アクチンフィラメント ビオチンアビジンヒスチジンタグガラス面Ｆ１－ＡＴＰａｓｅは回転モーター？ F1-ATPase

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 ３μｍ２μｍ１μｍ

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 100 % !! ＝ 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？

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