モータータンパク質の連続運動性（processivity）・力・移動距離（working distance）

🧠 モータータンパク質motor protein モータータンパク質（motor protein）motor protein（モータータンパク質） の機能は、1歩の大きさだけでなく、解離までに何歩進むか・どの負荷まで動けるかで定量する。

運動を表す三つの尺度

1ステップで行う力学的仕事は $W=Fd$ で見積もれる。これは単分子力学と同じpN・nmの尺度であり、$1\ \mathrm{pN,nm}=10^{-21}\ \mathrm J$ である。

連続運動性を決める要因

デューティー比duty ratio デューティー比（duty ratio）duty ratio（デューティー比） は、1周期のうちモーターが線維へ強く結合している時間の割合である。二量体キネシン kinesin キネシン（kinesin） kinesin（キネシン） では両頭部のATPase周期が機械的・化学的にゲートされ、少なくとも一方が結合した状態を保ちやすい。^{1 2}

flowchart TD
  A["一方の頭部が微小管へ結合"] --> B["ATP依存的に他方の頭部が前進"]
  B --> C["前方の頭部が結合"]
  C --> D["後方の頭部が解離"]
  D --> A

一方、筋ミオシンIIは低いデューティー比 duty ratio デューティー比（duty ratio） duty ratio（デューティー比） をもち、1分子では解離しやすい。多数の分子が並列に働くことで、常に一部がアクチンへ結合して張力を維持する。これはモーターの種類に応じた機能設計であり、低い連続運動性 processivity 連続運動性（processivity） processivity（連続運動性） は機能不全ではない。

負荷と運動速度

逆向き負荷が増えると一般に前進確率と速度は低下し、失速力stall force 失速力（stall force）stall force（失速力） で平均速度が0になる。さらに大きな負荷では後退 retraction 後退（retraction） retraction（後退） が起こりうるが、曲線形状と失速力 stall force 失速力（stall force） stall force（失速力） はモーター種、ヌクレオチド条件、負荷方向で異なる。この負荷依存性は、筋全体の力–速度関係へ階層的につながる。

まとめ

• ステップ長step sizeステップ長（step size）step size（ステップ長）・連続運動性processivity連続運動性（processivity）processivity（連続運動性）・失速力stall force 失速力（stall force）stall force（失速力） は、分子モーターの異なる性能を表す。
• 高い連続運動性 processivity 連続運動性（processivity） processivity（連続運動性） には、デューティー比duty ratio デューティー比（duty ratio）duty ratio（デューティー比） と複数頭部の協調が重要である。
• 筋ミオシンIIは多数分子の協働に適した低デューティー比 duty ratio デューティー比（duty ratio） duty ratio（デューティー比） モーターである。