直進型分子モーターと回転型分子モーターの大きな違いは、モータータンパク質を形成する複合体の動きである。線形分子モーターが複合体間で一方向の直線運動をするのに対し、回転分子モーターは異なる複合体の周りを回転する運動をし、分子モーターを形成する。

分子モーターは、特にアデノシン三リン酸（ATP）のエネルギー生産に関連する多くの反応に関与する重要な生体分子である。モーターや機械加工において重要な役割を担っています。モータータンパク質は、アデノシン三リン酸やヌクレオチドの加水分解によって発生する自由エネルギーを利用して、機械的な力を発生させる。分子モーターには、直線型分子モーターと回転型分子モーターの2種類があります。これらは、モータの動作の2つのモードを表しています。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. リニア分子モーターとは 3. 回転式分子モーターとは 4. リニア分子モーターと回転式分子モーターの類似点 5. 横並びの比較 - 表形式でのリニア分子モーターと回転式分子モーター 6. まとめ

線形分子モーターは何ですか？

リニア分子モーターは、人体の運動や機械的作業に重要な役割を担っている。また、細胞骨格モータータンパク質としても知られている。直線的な分子モーターは、分子モーターを構成するタンパク質複合体に沿って一方向に移動する。この直線的な分子モーターは、ATPの加水分解という化学エネルギーを利用することで、直線的に移動することができる。ATPの加水分解と移動という点では、通常、直鎖状分子モーターとカップリング反応が起こる。

図01：アクチン分子とミオシン分子

リニア分子モーターには、大きく分けて2つのタイプがあります。アクチンモーターと微小管モーターである。アクチンモーターにはミオシン、微小管モーターにはキネシンとキネシンが含まれます。ミオシンはアクチン・スーパーファミリーに属する。化学エネルギーを機械エネルギーに変換し、力や動きを生み出す。キネシンは微小管のモーターで、主に有糸分裂や減数分裂の際の紡錘体の形成に関与している。有糸分裂時の紡錘体形成や減数分裂時の染色体分離に不可欠である。逆に、キネシンは細胞内輸送機構に関わる複雑なモーター分子である。

回転式分子モーターは何ですか？

回転する分子モーターは、主にATP合成酵素複合体を通じて、複合体の構成要素間の回転運動を促進し、エネルギー生産に関与している。回転する分子モーターの典型的な例として、F0-F1 ATP合成酵素ファミリーのタンパク質が挙げられ、ATPの生産は膜に存在するプロトン勾配に基づいて行われる。これにより、モーター分子複合体の各サブユニットが回転し、ATPが生成される触媒となる。

図02：F0-F1 ATP合成酵素

さらに、細菌べん毛構造体にも回転分子モーターが存在し、回転分子モーターを介して基質を形成し、細菌べん毛運動を制御している。

線形と回転式分子モーターの共通点

• 分子モーターの種類には、リニアモーターとロータリーモーターがあります。
• これらの分子モーターは、真核生物や原核生物の細胞に存在する。
• どちらもタンパク質サブユニットがモーターと呼ばれる複合体を形成している形です。
• どちらのタイプのモーターも、その機能においてサブユニットの結合が重要な役割を担っている。
• 活性分子である。
• どちらもATPの加水分解やプロトンパワーの形でエネルギーを利用する。
• 活動の手伝いをしてくれる。
• どちらも細胞の生化学的経路において重要である。
• さらに、輸送メカニズムにおいても重要な役割を担っています。

線形と回転式分子モーターの違い

リニアモーターと回転式分子モーターの重要な違いは、どのような動きをするかということである。線形分子モーターがATP加水分解に伴う一方向の直線運動を促進するのに対し、回転分子モーターはATP加水分解に伴う回転運動を促進する。アクチン分子モーターや微小管分子モーターは線形分子モーターの一例であり、ATP合成酵素モーターやべん毛モータータンパク質は回転型分子モーターである。

以下のインフォグラフィックは、リニアモーターと分子モーターの違いをまとめたものです。

概要 - 線形 vs. 回転式分子モーター

分子モーターは、原核生物と真核生物の両方において重要な制御の役割を担っています。分子モーターには、大きく分けて「線形分子モーター」と「回転分子モーター」の2種類があります。リニア分子モーターは、その名の通り、複合モータータンパク質の個々のサブユニット間の直線的な動きを促進し、直線的な一方向の動きを実現するモーターである。このような分子モーターのアプローチとは対照的に、回転モーターはサブユニットを回転させながら移動させ、モータータンパク質複合体を形成させるものである。この2種類のモーターの動きの違いが、原核生物と真核生物のさまざまな機能を促進している。というわけで、リニアと回転の分子モーターの違いをまとめてみました。

引用

アルバーツ、ブルース"Molecular Motors", Molecular Biology of the Cell.Fourth Edition, U.S. National Library of Medicine, 1 January 1970, 2Erbas Cakmak, Sundus et al."Rotating and Linear Molecular Motors Driven by Chemical Fuel Pulses", Science, American Association for the Advancement of Science, 20 October 2017.