高エネルギー変換効率を可能とするべん毛モーター回転軸と軸受の構造と機能の解明

阐明可实现高能量转换效率的鞭毛电机旋转轴和轴承的结构和功能

• 批准号: 21J12128
• 负责人: 山口 智子
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology (2022)Osaka University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12128/
• 关键词: べん毛モーター; クライオ電子顕微鏡; 軸受け; 軸; 自己集合; 立体構造解析; タンパク質; LPリング; 構造解析; サルモネラ; ロッド

回転型モーターには、回転子や固定子の他に、トルクを外部に出力するための回転軸と、軸を支える軸受けが存在します。細菌の運動を駆動するべん毛モーターも上記と同様の構造を持ち、細胞内外のプロトン勾配による電気化学ポテンシャルエネルギーをほぼ100％の効率でトルクに変換し、F1レーシングカーのエンジンに匹敵するほどの高速で回転する非常に効率の良いモーターとして知られています。べん毛モーターにおいて軸受け構造であるLPリングは、軸であるロッドを取り囲むようにリング状に存在しています。これら二つはべん毛モーターが機能する際には独立して存在しており、LPリングがどのようにロッドの周りに適切に配置・形成されるのかはわかっていませんでした。本研究では、べん毛モータ形成の中間状態を模擬したポリロッド-Pリング（通常より長く重合したロッドの周りにPリングのみが直接結合した）複合体の立体構造をクライオ電子顕微鏡による単粒子像解析を用いて解析することで、LPリングがロッド周りに自己形成される過程を詳細に調べました。Pリングのロッドに対する傾きを確認した結果、ポリロッド- Pリング状態におけるPリングはロッド-LPリングにおけるPリングより約3°傾いてロッドに結合しており、Pリングがロッドに結合する際はPリングを構成するタンパク質であるFlgIとロッドの一部を構成するFlgGのフレキシブルな領域が足場となることでロッド周りのPリング形成を支えていることが示唆される結果となりました。

除了转子和指数外，旋转电动机还具有旋转轴，用于向外部输出扭矩，并具有支持轴的轴承。驱动细菌运动的鞭毛电动机具有与上述相同的结构，它由于质子梯度内部和电池外部的电化学势能转换为扭矩，其效率几乎为100％，并且被称为非常有效的电动机，该电动机以与F1赛车的发动机相当的高速旋转。在鞭毛电动机中，LP环是一种轴承结构，以环形形状存在，以围绕杆（即轴）。当鞭毛电动机工作时，这两个独立存在，尚不清楚LP环在杆周围如何正确定位并形成。在这项研究中，我们通过分析Polyrod-P环的三维结构（只有P环在杆周围直接结合，使用冷冻电子显微镜单粒子图像分析直接结合了杆的三维结构（只有P环直接围绕聚合更长的杆）。由于检查了相对于杆的倾斜倾斜的结果，建议在polyrod-p-ring状态中的p圈与ROD-LP环中的p圈约3°倾斜约3°，并且当P-ring与杆与杆的结合时，构成P-R-ring的蛋白质，构成P-R-R-Ring和Flgg的蛋白质时，该蛋白质构成了AD，该蛋白会构成AD，并构成AD的构成，并构成A的构成，并构成A的构成。杆周围的p环。

项目成果

Charles University faculty of science

查尔斯大学理学院

Charles University/BIOCEV(チェコ)

查尔斯大学/BIOCEV（捷克共和国）

BIOCEV

生物电动汽车

LPリング中のロッドの回転シミュレーション

杆在 LP 环中旋转的模拟

• 发表时间: 2023
• 作者: Yamaguchi Tomoko;Makino Fumiaki;Miyata Tomoko;Minamino Tohru;Kato Takayuki;Namba Keiichi;齋藤 玲・越中 康治・池田 和浩・保田真理・長谷川 真里・邑本俊亮;北尾彰朗
• 通讯作者: 北尾彰朗

構造から紐解くバクテリアべん毛モーターの軸-軸受相互作用

从其结构揭示细菌鞭毛马达的轴轴承相互作用

• 发表时间: 2021
• 作者: 山口智子;牧野文信;宮田知子;南野徹;加藤貴之;難波啓一
• 通讯作者: 難波啓一