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べん毛III型輸送装置の輸送ATPase複合体は、回転モーターとして知られるF/V型ATPaseと似た構造を持ち、回転モーターと考えられるが未だ証明されていない。本研究は、F/V型ATPaseと似ているがホモ６量体を形成し、６カ所のATP加水分解サイトを持つべん毛輸送ATPase複合体の構造とATP加水分解による構造変化を解明することでATPで駆動する回転モーターの設計原理を明らかにすることを目的としている。
2022年度は、ヌクレオチドやMgの量や組み合わせを系統的に変えてAFM 観察および電子顕微鏡観察を行い、ATP 加水分解およびヌクレオチド変化に伴う複合体の構造変化を調べた。ATP加水分解後ADP解離前に相当するADP・AlF4・Mg存在下では6量体リングとワッシャー状の6量体が観察され、それらの間で構造が遷移した。また、ADPとAlF4濃度が低いMgが存在してもクローバー型や３角形構造となる。一方、 ATPとMg存在下では３角形構造となり、ADP・AlF4・Mg存在下で作成した6量体リングにATPとMgを加えても３角形構造になった。さらに、３角形構造にADP・AlF4・Mgを加えると6量体リングとワッシャー状6量体が再生した。加水分解速度の遅いATP-γS・Mg存在下では6量体リングが多く観察された。これらの構造は電子顕微鏡観察によっても確認した。加水分解後のADP解離前で全てのサブユニットが止まった状態が6量体リング、ヌクレオチドが解離した状態を含む構造が３角形型6量体に対応すると考えられ、輸送ATPase複合体はF/V型ATPaseに基づいて考えられていたよりもATP加水分解に伴って非常に大きく構造変化することが分かった。
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