［Flagellar Motors フラジェラー（鞭毛）モーター］
Stephen Smith September 4, 2019picture of the day
How a rotating flagellum anchors to the cell wall.
回転する鞭毛が、細胞壁に固定する方法。
Credit: David DeRosie
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回転モーターはいくつかのバクテリアを推進します。
一部の細菌は、小さな世界を泳ぐことができます。
彼らは「フラジェラー（鞭毛）」と呼ばれる回転するプロペラの助けを借りてこの偉業を達成します。
読者に最もよく知られているこの機能を持つ細菌の種は、おそらくエシェリヒア・コリ、またはE-coli（イー・コリ）＝大腸菌です。
E-coliは、40個のユニークなタンパク質で構成される回転モーターによって駆動される、柔軟ならせん状のフィラメントを多数持っています
驚くべきことに、個々のモーターは45ナノメートルの直径の分子スケールで構築されています。
これらの小さな駆動システムは、細菌を1秒間に10体の長さにわたって移動させることができます；
人間が6秒未満で100メートルを走ることに相当します。
フラジェラ（鞭毛）は、直径約15ナノメートル、長さ15マイクロメートルです。
それらはフラジェリンと呼ばれるタンパク質で構成されており、長鎖サブアセンブリに集まって、中空コアを備えたらせん構造に巻き上がります。
E-coliは新しいサブアセンブリを追加して鞭毛を成長させ、それを、中空コアを通過して端に取り付けます。
最終的に、サブアセンブリは最大30,000個で成り左利き構成する、鞭のような構造です。
べん毛モーターのさらに驚くべき側面の1つは、電源にATPを必要としないことです。
ATP、またはアデノシン三リン酸は、ほとんどの細胞機能を活性化する分子です。
それは、生物の電池のように機能し、ミトコンドリアのリン基の1つを放棄します。
これにより、ADP分子（アデノシン二リン酸）が形成され、その後、解糖によるグルコースの酸化によって「再充電」されます。
食べ物を食べるとこれが起こります。
ただし、鞭毛を回転させるモーターは、このプロセスを通じてエネルギーを受け取りません。
むしろ、それらは陽子を捕獲および放出するイオンフラックスによって駆動され、これにより、近くの分子に交互に電荷が発生します。
ただし、それらは非常に小さく、ほとんど理解されていないため、それらの動作方法はやや推測的なものです。
固定子を構成する分子、または静止した分子は、べん毛モーターの一部です、細菌の細胞壁に固定されている（図を参照）ペプチドグリカン層には、MotAとMotBと呼ばれる2つのタンパク質が含まれています。
セルの外側に高濃度のプロトンが存在し、一方より低い濃度が内部に存在し、そのため、正に帯電したプロトンはMotBタンパク質に流れ込み、アスパラギン酸に結合します。
これにより、MotAタンパク質とMotBタンパク質間の電荷バランスが変化し、それらの間に垂直方向の反発を引き起こし、モーターの最初のストロークになります。
一度最初のストロークが完了すると、アスパラギン酸はそのプロトン（陽子）を細菌の細胞質に放出し、MotAとMotBの間の電荷バランスに構造変化を引き起こします。
これにより、モーターの2回目のストロークが開始されます、分子が「元の」電荷状態を再確立したためです。
2回目のストロークの後、MotBは再びアスパラギン酸をイオン化する電荷入力を受け取り、無限にサイクルを繰り返します。
膜を横切るプロトンの流れはどのように機械的回転を駆動できますか？
本、生化学5th 版（Berg J.M.、ティモチコJ.L.、ストライアL. W H フリーマン・パブ。2002.）ノートによると：
鞭毛はMSリングにリンクされているため、鞭毛も回転します。」
「MotA-MotBは、2つのハーフチャネルを持つ構造を形成する場合があります。
回転を陽子勾配に結合するメカニズムのモデルの1つは、陽子が外側の半チャネルに取り込まれ、MSリングに移動することを必要とします[上記参照]。
MSリングは反時計回りに回転し、プロトンは内側の半チャネルに放出されます。
言い換えれば、E-coliとその仲間は電気モーターで駆動されます。
スティーブン・スミス
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Sep 4, 2019
Editor’s note: The Picture of the Day will be off today. Please enjoy this article from the archives.
編集者注：「今日の写真」は本日休みになります。 アーカイブからこの記事をお楽しみください。
Rotating motors propel some bacteria.
回転モーターはいくつかのバクテリアを推進します。
Some bacteria can swim through their tiny worlds.
一部の細菌は、小さな世界を泳ぐことができます。
They accomplish this feat with the aid of spinning propellors called “flagella”.
彼らは「フラジェラー（鞭毛）」と呼ばれる回転するプロペラの助けを借りてこの偉業を達成します。
The species of bacteria with this capability that is most familiar to readers is probably Escherichia coli,〈https://www.biocote.com/blog/five-facts-e-coli/〉 or E-coli.
読者に最もよく知られているこの機能を持つ細菌の種は、おそらくエシェリヒア・コリ、またはE-coli（イー・コリ）＝大腸菌です。
E-coli possesses a number of flexible, helical filaments, each driven by a rotary motor composed of 40 unique proteins.
E-coliは、40個のユニークなタンパク質で構成される回転モーターによって駆動される、柔軟ならせん状のフィラメントを多数持っています。
Remarkably, the individual motors are constructed on the molecular scale, at 45 nanometer diameters.
驚くべきことに、個々のモーターは45ナノメートルの直径の分子スケールで構築されています。
These tiny drive systems are able to move the bacteria over ten body lengths in one second;
the human equivalent to running a hundred meters in less than six seconds.
これらの小さな駆動システムは、細菌を1秒間に10体の長さにわたって移動させることができます；
人間が6秒未満で100メートルを走ることに相当します。
Flagella are about 15 nanometers in diameter and 15 micrometers long.
フラジェラー（鞭毛）は、直径約15ナノメートル、長さ15マイクロメートルです。
They are made up of a protein called flagellin that gathers into long-chain sub-assemblies, winding into a helical structure with a hollow core.
それらはフラジェリンと呼ばれるタンパク質で構成されており、長鎖サブアセンブリに集まって、中空コアを備えたらせん構造に巻き上がります。
E-coli grows flagella by adding new sub-assemblies that pass through the hollow core and attach to the end.
E-coliは新しいサブアセンブリを追加して鞭毛を成長させ、それを、中空コアを通過して端に取り付けます。
Eventually, there can be as many as 30,000 sub-assemblies making up the left-handed, whip-like structure.
最終的に、サブアセンブリは最大30,000個で成り左手を構成する、鞭のような構造です。
One of the more amazing aspects to flagellar motors is that they do not require ATP for power.
べん毛モーターのさらに驚くべき側面の1つは、電源にATPを必要としないことです。
ATP, or adenosine triphosphate, is the molecule that energizes most cellular functions.
ATP、またはアデノシン三リン酸は、ほとんどの細胞機能を活性化する分子です。
It acts like a battery for living organisms, giving up one of its phosphorus groups in the mitochondria so that the cell can transpire.
それは、生物の電池のように機能し、ミトコンドリアのリン基の1つを放棄します。
This results in the formation of an ADP molecule (adenosine diphosphate), that is then “recharged” by the oxidation of glucose through glycolysis.
これにより、ADP分子（アデノシン二リン酸）が形成され、その後、解糖によるグルコースの酸化によって「再充電」されます。
Eating food makes this happen.
食べ物を食べるとこれが起こります。
However, the motors that spin flagella do not receive energy through this process.
ただし、鞭毛を回転させるモーターは、このプロセスを通じてエネルギーを受け取りません。
Rather, they are driven by an ion flux that captures and releases protons, thereby creating an alternating charge in nearby molecules.
むしろ、それらは陽子を捕獲および放出するイオンフラックスによって駆動され、これにより、近くの分子に交互に電荷が発生します。
Although, since they are so small and so little understood, the way that they operate is somewhat speculative.
ただし、それらは非常に小さく、ほとんど理解されていないため、それらの動作方法はやや推測的なものです。
According to researchers, there is a charge gradient in the cell wall of E-coli.
研究者によると、大腸菌の細胞壁には電荷勾配があります。
The molecules that make up the stator, or stationary, portion of the flagellar motor, anchored in the peptidoglycan layer of the bacterium’s cell wall (see illustration) contain two proteins called MotA and MotB.
固定子を構成する分子、または静止した分子は、べん毛モーターの一部です、細菌の細胞壁に固定されている（図を参照）ペプチドグリカン層には、MotAとMotBと呼ばれる2つのタンパク質が含まれています。
A high concentration of protons exists outside the cell, while a lower concentration exists inside, so the positively charged protons flow into the MotB protein, binding to aspartic acid.
セルの外側に高濃度のプロトンが存在し、一方より低い濃度が内部に存在し、そのため、正に帯電したプロトンはMotBタンパク質に流れ込み、アスパラギン酸に結合します。
This creates a change in the charge balance between the MotA and MotB proteins, causing a vertical repulsion between them, resulting in the first stroke of the motor.
これにより、MotAタンパク質とMotBタンパク質間の電荷バランスが変化し、それらの間に垂直方向の反発を引き起こし、モーターの最初のストロークになります。
The protein is thought to engage a toothed gear-like structure as it moves downward, advancing the rotor step-wise each time the MotB protein receives a positive charge.
タンパク質は、下方に移動する際に歯のある歯車のような構造に関与すると考えられています、MotBタンパク質が正電荷を受け取るたびに、ローターを段階的に進めます。
Once the first stroke is completed, the aspartic acid releases its protons into the bacterial cytoplasm, causing a conformational change in the charge balance between MotA and MotB.
一度最初のストロークが完了すると、アスパラギン酸はそのプロトンを細菌の細胞質に放出し、MotAとMotBの間の電荷バランスに構造変化を引き起こします。
This initiates the second stroke of the motor because the molecules have re-established their “original” charge states.
これにより、モーターの2回目のストロークが開始されます、分子が「元の」電荷状態を再確立したためです。
After the second stroke, MotB again receives a charge input that ionizes aspartic acid, endlessly repeating the cycle.
2回目のストロークの後、MotBは再びアスパラギン酸をイオン化する電荷入力を受け取り、無限にサイクルを繰り返します。
How can proton flow across a membrane drive mechanical rotation?
膜を横切るプロトンの流れはどのように機械的回転を駆動できますか？
As the book, Biochemistry 5th Edition (Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L. W H Freeman pub. 2002.) notes:
本、生化学5th 版（Berg J.M.、ティモチコJ.L.、ストライアL. W H フリーマン・パブ。2002.）ノート：
“MotA-MotB may form a structure having two half-channels.
「MotA-MotBは、2つのハーフチャネルを持つ構造を形成する場合があります。
One model for the mechanism of coupling rotation to a proton gradient requires protons to be taken up into the outer half-channel and transferred to the MS ring [see above].
回転を陽子勾配に結合するメカニズムのモデルの1つは、陽子が外側の半チャネルに取り込まれ、MSリングに移動することを必要とします[上記参照]。
The MS ring rotates in a counterclockwise direction, and the protons are released into the inner half-channel.
MSリングは反時計回りに回転し、プロトンは内側の半チャネルに放出されます。
The flagellum is linked to the MS ring and so the flagellum rotates as well.”
鞭毛はMSリングにリンクされているため、鞭毛も回転します。」
In other words, E-coli and its fellows are driven by electric motors.
言い換えれば、E-coliとその仲間は電気モーターで駆動されます。
Stephen Smith
スティーブン・スミス
The Thunderbolts Picture of the Day is generously supported by the Mainwaring Archive Foundation.
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