細菌べん毛モーターのトルク発生と回転方向スイッチのメカニズム

细菌鞭毛马达扭矩产生和旋转方向切换机制

基本信息

批准号：
09F09101
负责人：
難波啓一
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

細菌べん毛モーターは回転子、固定子、軸、軸受け、反転制御装置からなる、直径約40ナノメートルの超分子モーターである。細胞膜を横切る電位差とプロトン濃度差によって、固定子でもあるイオンチャネルを通して細胞外から細胞内へ流れ込むプロトンのエネルギーにより、回転子と固定子の構成蛋白質間相互作用がトルクを発生し、毎分2万回転もの高速で回転し、らせん型プロペラのべん毛繊維を回転させて菌体の推進力を発生する。また、細胞外に伸びるべん毛の構築には、べん毛蛋白質をべん毛の中心軸に沿って貫通するチャネルを通して先端まで輸送する装置がべん毛基部体にあり、6種類の膜貫通型蛋白質からなる輸送ゲートに3種類の可溶性蛋白質が結合解離を繰り返すことで、輸送基質である細胞内のべん毛蛋白質を効率よく輸送ゲートに運び、べん毛軸チャネル内に輸送する。今年度は、このべん毛蛋白質輸送装置を構成する可溶性蛋白質の一つでATP分解酵素でもあるFliIが、輸送ゲートに輸送基質を運ぶ際に形成する複合体のFliI分子の数や、その結合解離のダイナミクスを、蛍光顕微計測観察法により観察し計測した。すでに実験を終えてデータ解析を行っている。難波研究室での1年10ヶ月にわたる滞在中に、国際学術誌に掲載された論文が1報、投稿して審査中の論文が2報、準備中の論文が3報あり、いずれもべん毛モーターの回転機構やべん毛蛋白質輸送装置の膜横断蛋白質輸送メカニズムに重要な手掛かりを与える興味深い内容である。

细菌鞭毛马达是直径约40纳米的超分子马达，由转子、定子、轴、轴承和反转控制装置组成。由于跨细胞膜的电位差和质子浓度差，质子的能量从细胞外部通过离子通道（也是定子）流入细胞内，导致转子和定子的组成蛋白质之间的相互作用产生约每分钟20,000日元的扭矩，通过旋转螺旋桨的鞭毛纤维为细菌细胞产生推进力。此外，为了构建延伸到细胞外的鞭毛，鞭毛基体中有一个装置，通过反复结合和解离三种类型，通过穿过鞭毛中心轴的通道将鞭毛蛋白运输到尖端。当可溶性蛋白到达由穿透蛋白组成的转运门时，作为转运底物的细胞内鞭毛蛋白被有效地转运至转运门并转运至鞭毛轴通道中。今年，我们将研究FliI（构成鞭毛蛋白转运装置的可溶性蛋白质之一，也是一种ATP降解酶）在将底物转运至转运门时形成的复合物中FliI分子的数量，以及使用荧光显微镜观察和测量它们的结合动力学。实验已经完成，数据分析正在进行中。我在难波实验室的1年零10个月期间，在国际学术期刊上发表了一篇论文，两篇论文已提交并正在审稿，三篇论文正在准备中。这是一项有趣的研究，为旋转机制提供了重要线索。毛发马达的结构和鞭毛蛋白转运装置的跨膜蛋白转运机制。