Biophysics · 24.10

モータータンパク質（motor protein）の構造と種類

Structure and types of motor proteins

🧠 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）は、ATP加水分解を構造変化conformational change構造変化（conformational change）conformational change（構造変化）へ結び付け、細胞骨格に沿った方向性のある運動と力を生む分子機械である。

共通する機能構造

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）は、ATPを加水分解するモータードメイン、細胞骨格へ結合する部位、積荷cargo積荷（cargo）cargo（積荷）や別のサブユニットへ結合する領域をもつ。タンパク質の立体構造conformational立体構造（conformational）conformational（立体構造）がヌクレオチド状態に応じて変わることで、結合・力発生・解離が順序立てsequencing (task ordering)順序立て（sequencing (task ordering)）sequencing (task ordering)（順序立て）て進む。

\Delta G_{\mathrm{ATP}}\longrightarrow W_{\mathrm{機械的}}+Q

ATPの自由エネルギーfree energy自由エネルギー（free energy）free energy（自由エネルギー）がすべて仕事になるわけではなく、一部は熱として散逸dissipate散逸（dissipate）dissipate（散逸）する。

三つの主要ファミリー

モーター	レールrailレール（rail）rail（レール）	主な方向	主な機能
ミオシン	アクチン	多くは＋端方向	筋収縮、細胞運動
キネシンkinesinキネシン（kinesin）kinesin（キネシン）	微小管	多くは＋端方向	細胞周辺への輸送
ダイニンdyneinダイニン（dynein）dynein（ダイニン）	微小管	−端方向	中心体centrosome中心体（centrosome）centrosome（中心体）方向への輸送、線毛運動mucociliary clearance線毛運動（mucociliary clearance）mucociliary clearance（線毛運動）

「＋端へ進む」はATPが線維を押すためではなく、線維の極性とモータードメインの非対称な構造によって決まる。例外的な方向性をもつファミリーもある。

化学周期から一方向運動へ

flowchart TD
  A["ATP結合・加水分解"] --> B["モータードメインの<span class='jp-term jp-term-diagram' title='conformational change'>構造変化</span>"]
  B --> C["細胞骨格への<span class='jp-term jp-term-diagram' title='binding affinity'>結合親和性</span>が変化"]
  C --> D["力発生または前方へのステップ"]
  D --> E["生成物放出・次周期へ"]

1分子がどれだけ連続して進めるかは連続運動性processivity連続運動性（processivity）processivity（連続運動性）と失速力stall force失速力（stall force）stall force（失速力）、筋ミオシンの詳細な化学力学結合はクロスブリッジ周期cross-bridge cycleクロスブリッジ周期（cross-bridge cycle）cross-bridge cycle（クロスブリッジ周期）で扱う。

まとめ

ATP依存的な構造変化conformational change構造変化（conformational change）conformational change（構造変化）が、線維への結合と力発生を周期化する。
ミオシンは主にアクチン、キネシンkinesinキネシン（kinesin）kinesin（キネシン）とダイニンdyneinダイニン（dynein）dynein（ダイニン）は微小管をレールrailレール（rail）rail（レール）として使う。
運動方向は細胞骨格の極性とモーター構造によって決まる。