電子のやりとりに連動した構造変化が鍵!コレラ菌の生育に必須のナトリウムポンプのはたらく仕組みを解明

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2026-02-13 京都大学

京都大学らの国際共同研究は、コレラ菌の生育に必須なナトリウムポンプNQRの作動原理を解明し、Nature Communicationsに発表した。低温電子顕微鏡(クライオEM)により、基質の酸化還元反応に伴いNQRが動的に立体構造を変化させる様子を世界で初めて可視化。さらに分子動力学シミュレーションで、この構造変化がナトリウムイオン輸送に不可欠であることを裏づけた。電子移動とイオン輸送が連動する分子機構を明らかにした本成果は、NQRを標的とする新規抗菌薬開発の基盤となる。

電子のやりとりに連動した構造変化が鍵!コレラ菌の生育に必須のナトリウムポンプのはたらく仕組みを解明
本研究成果の概要(イラスト:石川萌)

<関連情報>

コレラ菌NADHキノン酸化還元酵素における酸化還元駆動Na+ポンプ機構は、動的な構造変化に依存している The redox driven Na+-pumping mechanism in Vibrio cholerae NADH-quinone oxidoreductase relies on dynamic conformational changes

Moe Ishikawa-Fukuda,Takehito Seki,Jun-ichi Kishikawa,Takahiro Masuya,Kei-ichi Okazaki,Takayuki Kato,Blanca Barquera,Hideto Miyoshi & Masatoshi Murai
Nature Communications  Published:12 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-69182-w

Abstract

The Na+-pumping NADH-quinone oxidoreductase (Na+-NQR) is a key respiratory enzyme in many marine and pathogenic bacteria that couples electron transfer to Na+-pumping across the membrane. Earlier X-ray and cryo-electron microscopy structures of Na+-NQR from Vibrio cholerae suggested that the subunits harboring redox cofactors undergo conformational changes during catalytic turnover. However, these proposed rearrangements have not yet been confirmed. Here, we have identified at least five distinct conformational states of Na+-NQR using: mutants that lack specific cofactors, specific inhibitors or low-sodium conditions. Molecular dynamics simulations based on these structural insights indicate that 2Fe-2S reduction in NqrD/E plays a crucial role in triggering Na+ translocation by driving structural rearrangements in the NqrD/E subunits, which subsequently influence NqrC and NqrF positioning. This study provides structural insights into the mechanism of Na+ translocation coupled to electron transfer in Na⁺-NQR.

生物化学工学
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