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 F1-ATPase アビジン ヒスチジンタグ 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 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 120度 90度 0度 ATP待ち ATP分解 時間 ATP待ち 時間 Yasuda, R. et al. (2001) Nature 神経の電位動作性 2+ Ca チャンネルの制御 外側：高カルシウム 1. 膜の電位の変化で開く 2. カルシウムのみを通す 3. 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 2+ Ca チャンネルの機能の可視化 高神経活動による 2+ Ca 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 Ca2+ CaMKII 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 増強後 Ca2+チャンネルの抑制がある場合 増強前 シナプスの刺激 働きすぎると、記憶力が低下す る？
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