プロトン駆動型べん毛モータの動態の光ナノ計測と分子シミュレーション

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1.べん毛モーター固定子蛋白質MotA Pro-173の機能解析運動性細菌は、細胞膜に埋まって存在するべん毛モーターを回転させることにより、モーターに連結するべん毛繊維をスクリューのように回転させて泳ぐ。べん毛モーターはプロトンの電気化学的ポテンシャル差を回転力に変換することが知られているが、詳しい作動機構は明らかにされていない。本研究では、細菌べん毛モーターの作動機構を解明することを目的として、サルモネラ菌べん毛モーターの固定子蛋白質MotAのPro-173がAlaに変異したことにより機能が低下した、変異型べん毛モーター(P173A)について、光学顕微鏡を用いた一分子計測法による出力特性解析を行なった。直径0.1-2.0μmのポリスチレンビーズをべん毛繊維に付着させ、ビーズの位置変化をフォトダイオードや高速度CCDカメラで検出する、ビーズ法と呼ばれる手法を用いて、モーターの回転速度とトルクを求めた。その結果、P173Aモーターは野生型と同等のトルクを発生できるが、野生型に比べてプロトンの透過活性が著しく低下していることが分かった。P173Aモーターの出力特性を、動力学的モデルを用いて再現することにより、MotAのPro-173を中心とした固定子蛋白質の構造変化がプロトンの透過反応を促進しており、P173Aの変異によって正常なプロトン透過が阻害されたことが分かった。本研究の結果は、プロトン流とモーター蛋白質のダイナミクスの共役を明らかにした点で重要である。2.エレクトロローテション本研究では、高周波の回転電場中でビーズ法を行なう手法を確立した。電場の周波数や溶液導電率等を考慮した条件検討により、べん毛繊維に付着させたビーズに電場強度依存的な外部トルクを与えることに成功した。今後、この手法を用いることで、これまで以上に広範かつ多様な条件での出力解析が可能になると期待できる。