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研究内容

1. 生命活動を支えるタンパク質分子モーター：ATP合成酵素の分子機構と調節機構

植物は、地球上で唯一太陽の光エネルギーを生命活動に利用可能なエネルギーに変換することの出来る、言わば私たちに最も身近で重要なエネルギー変換装置です。その機能を支えている重要な酵素が、葉緑体ATP合成酵素です。ATPは、植物だけでなく、私たち動物を含むすべての生命体で、エネルギーの通貨としてさまざまな仕事にエネルギーを伝達する役割を果たしています。葉緑体では、ATPが二酸化炭素の同化に重要な役割を果たしているので、結果的に光エネルギーが糖の形で固定されることになります。ATP合成酵素は、光合成でも呼吸でも基本的には同じ分子機構で働いています。すなわち、電子伝達系の働きで生体膜の袋（細菌の細胞膜、ミトコンドリア内膜、葉緑体チラコイド膜）の内側と外側の間に生じた水素イオンの濃度差をエネルギー源としてADPとリン酸からATPを作り出しているのです。この酵素は、分子モーターとしてもよく知られていますが、ただ回っている訳ではなく、興味深いことに生命活動に必要な量のATPを必要な時に必要なだけ供給するため、精密に調節されています。私たちは、光合成生物を題材にして、この酵素の回転機構と調節機構を分子レベルで理解することをめざしています。

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2. 酵素の酸化還元調節機構

細胞の中ではいろいろな酵素が、外環境の変化に応じて細胞内を最適な状態を保つように働いています。そのために、環境に応じた代謝系の調節が非常に重要です。特に植物は日夜変化する光環境中で効率よく生きていますから、光環境の変化に応じた体内の様々な代謝過程が非常に重要なわけです。中でも、細胞内の酸化還元状態の変化は、外界と代謝系をつなぐ重要なシグナルであることが最近わかってきました。この酸化還元状態の伝達の仲立ちをしているのがチオレドキシンです。チオレドキシンは、一本のジスルフィド結合を他のタンパク質とやり取りするだけの単純なタンパク質ですが、実にさまざまな機能を持っています。私たちは、チオレドキシンの研究にプロテオミクスの手法を導入し、これまで知られていなかった数多くの酸化還元によって調節される蛋白質を見つけました。この研究を手始めに、代謝系の酸化還元調節のネットワークの全体像を明らかにすることをめざしています。

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