说到电机，大多数人会想到那些为车辆和人体机械提供动力的电机。然而，生物马达在微生物中已经存在了数百万年。其中，许多细菌物种具有尾状结构（称为鞭毛），可以旋转以在液体中推动自身。这些运动采用了被称为“鞭毛马达”的蛋白质复合物。

这种鞭毛电机由两个主要部件组成：转子和定子。转子是一个大型旋转结构，固定在细胞膜上，用于转动鞭毛。另一方面，定子是包含“离子通道”的较小结构，可以根据物种适合质子或钠离子。当带电粒子穿过定子时，它会发生结构变化，推动转子，使其旋转。尽管许多研究都集中在定子上，但离子路径的精确结构和机制仍然难以捉摸。

在此背景下，V体育助理教授 NISHIKINO Tatsuro 领导的研究小组分析了细菌物种的鞭毛运动溶藻弧菌。该团队的其他成员包括大阪大学的 TAKEKAWA Norihiro 和 IMADA Katsumi、京都工业大学的 KISHIKAWA Jun-ichi 以及名古屋大学的 KOJIMA Seiji。他们的发现是2024 年 12 月 30 日。

研究人员采用了冷冻电子显微镜 (CryoEM)，这是一种强大的技术，可以通过快速冷冻生物分子并用电子显微镜对其进行成像来捕获生物分子的高分辨率图像。在正常和转基因上使用 CryoEMV 溶藻菌，该团队拍摄了不同状态下定子复合体的快照，并确定了钠离子的关键分子空腔。

根据结果，该团队提出了一个模型来描述钠离子如何流过定子。简而言之，形成定子的子单元溶藻弧菌，排列成环，充当基于尺寸的过滤器，允许钠离子（但不允许其他离子）进入所识别的空腔。研究人员还确定了 phenamil（一种离子通道阻断剂）抑制钠离子流过定子的机制。

这项研究的结果可能具有重要的医学意义。 ”基于鞭毛的运动与某些病原菌的感染和毒性有关。这项研究背后的一个动机是寻找通过限制这些细菌的运动来灭活它们的方法。因此，了解鞭毛运动的分子机制将是实现这一目标的关键，”达郎评论道。

此外，鞭毛电机的知识可以带来微型机器的创新设计。 ”鞭毛电机是分子纳米机器，直径约为 45 nm，能量转换效率约为 100%。我们的发现是阐明其扭矩产生机制的一大进步，这对于纳米级分子电机的工程至关重要”，达郎总结道。

让我们希望进一步的研究能够阐明这些令人惊奇的自然机器的所有细节！

定子及其钠离子通道结构图
这项研究确定了细菌鞭毛马达定子中钠离子通路的关键结构成分。它还揭示了离子流过定子时所经历的一些结构变化，以及特定的突变和化学物质如何干扰这一功能。

参考

原始论文标题	海洋细菌鞭毛定子中钠离子通路的结构洞察弧菌
期刊	美利坚合众国国家科学院院刊
DOI
最新文章发布日期	2024 年 12 月 30 日

关于t 助理教授西木野达郎

博士。 NISHIKINO Tatsuro 是日本V体育 (NITech) 生命科学与应用化学系的助理教授。他的研究领域为生物化学和分子生物学，重点研究细菌鞭毛、离子通道以及细菌蛋白质的结构和功能。他在同行评审期刊上发表了 22 篇以他的名字命名的出版物。

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