３）動力装置と燃料の話・基礎編

ゾウリムシの動力装置

動力装置と燃料の話・基礎編

-  ATPと蛋白質の電子状態の関係を理解するための基礎知識編  -

前回の「ゾウリムシの動力装置」のページで、ダイニンは、自身がATPを加水分解（脱リン酸化）し、その際に放出されるエネルギーを消費して動力を発生させる酵素である、と記述しました。ATPの加水分解と酵素蛋白に関しては多くの教科書に、ATPが蛋白質に結合すると図１に示す加水分解反応「ATP+H20→ADP+Pi」が起こり、その時に放出される30.5kJ/mol (=7.3kcal/mol) ものエネルギーが様々な蛋白質の機能発揮のエネルギー源である、ATPはいわば生命活動の貨幣のようなものである、と記述されております。

 私が目にしてきた教科書では、ATPと蛋白質の関係について上記のような記述だけのものが多く、その先のATPが生命活動の貨幣であると言われることの具体的な意味を詳しく解説したものは殆どありませんでした。私自身も、上記したATPが蛋白質の機能を発現させる仕組みを良く理解しないまま、研究を続けて参りました（研究には何ら差し障りはなかったと思いたいのですが）。

近年、東京大学大学院医学研究科の廣川信隆氏等のグループを中心として、新たに合成され蛋白質をミセルに包み込んで（丁度背中に風呂敷包みを背負うような格好で）細胞内の必要な部位に運搬する「運び屋」と言われるモーター蛋白質、キネシン（モーター部分の構造はダイニンとほぼ同じです）の、ATPポケット内でATPの加水分解で機能が発現する詳しい仕組みが、続々と明らかにされてきました（Nat. Struct Mol. Biol., 15(10), 2008, に掲載されている図をもとに、本HPの趣旨に合うように改変しました。詳しいことは、廣川研究室のweb頁:http://cb.m.u-tokyo.ac. jp 及び高エネルギー加速器研究機構ニュース: www2.kek.jp/ ja/newskek/2004/ julaug/KIF1A.html等をご覧下さい）。そこで、詳細なダイナミックスが解明されているキネシンがATP加水分解で解離した無機Piによって機能が発現する過程を、「ATPが生命活動の貨幣である」と言われることの意味を実感できるような、詳細な（＝あたかも目の前で起こっているように想像が出来るような）記述を試みたいと思います。

記述の骨格は、①ATPの加水分解でADPと無機リン酸（Pi）に解離し、②解離したPiによって蛋白質の電子状態が変化し、③蛋白質内の遠く離れた活性部位に素速く伝搬されて活性部位と基質との相互作用が変化し、④生命活動の源である蛋白質の機能が発現する、⑤これら一連の変化には、30.5kJ/molのエネルギーの放出が伴う加水分解反応がワンセットになっている、と言うことです。それ故ATPが生命活動の貨幣であると言われる訳です。

それには、２〜３の物理化学的基礎知識が必要であると思いますので、それらを纏めておくことから始めます。

分子を作る共有結合と電子状態

まず始めに、原子(や原子団)が集合して分子を形作る際の要となる電子の共有結合について、図２に示す２つの水素原子から水素分子が合成される場合を例にとって、説明したいと思います。

水素原子では、陽子１つで構成されている核（電荷は“＋1” ）の周りを1つの電子(電荷は“‐1” )が動き回っています。水素原子同士が核同士の反発する力（バリアー）に打ち勝って接近すると、双方の電子が双方の核に引き寄せられるようになり、この力と核同士が反発する力とが釣り合ったところで水素分子となります。このように、原子群が電子を共有し合って分子を作ることを共有結合と言います。水素分子では、２つの電子が２つの陽子（核）と相互作用をしながら動き回るようになり、正の電荷を持つ核（引力）と負の電荷を持つ電子（反発力）との間のバランスで分子（水素分子）が保たれます。電子を引きつける力は核の種類によって異なります。例えば、図２右で示す水分子の場合、酸素が電子を引きつける力が大きいので-0.82だけ電子の偏りが大きく（酸素の原子核に引きつけられて存在する電子の確率が大きい。後ほどその理由を説明します）、その分水素では少なくなり+0.41となります(トータルで０)。

図では、電子が動き回る軌道は円をつなぎ合わせて記入していますが、電子が存在する最も高い確率である（＝確率分布が最も高い）と推定されるという意味です。実際には電子がどこを回っているかを厳密に記述することはできません（量子力学の不確定性原理より）。

酵素の反応効率を高めるATPポケット

ATPによる酵素蛋白質の機能発現の効率を高める仕組みの一例として、グルコースリン酸化酵素（蛋白質）であるヘキソキナーゼ（古細菌にある古い型のヘキソキナーゼ）の場合について見てみましょう。図4に示すように、このヘキソキナーゼの中には、ATPと基質（酵素によって化学反応を触媒される物質）のみが入れるATPポケットがあります。ポケットに入り込んだATPは、アデニン・リボース部分も含み、酵素と共有結合してポケット内にしっかりと固定されます。すると酵素（ヘキソキナーゼ自身）の作用を受けてATPは加水分解を起こして開裂し、蛋白質＋ADP+Piの状態になります。開裂した無機Piは、ポケットに入り込んでいる基質（この場合はグルコース）をリン酸化します。この反応がATPポケットの狭い空間で行われるため、無機Piと基質との衝突確率が高くなり、酵素反応の効率が桁違いに高くなります（ヘキソキナーゼがない状態でATPが溶液中でグルコースをリン酸化する場合と比較すると、ヘキソキナーゼがある場合は約10万倍も効率が良くなるとのことです）。この反応が進行中は、水分子がマグネシウムに吸い寄せられてMg-water cap（図４を参照下さい）が形成され、反応が完結する前にADPがポケットから遊離しにようにしています。反応が完結する前に新たなATPが入り込んで無駄な反応が進行してしまわないためです。基質のリン酸化が完結すると、酵素の電子状態が変わり、それが合図となってMg-water capが解消されます。するとATPポケットからリン酸化された基質及びADPが流出し、代わって新しいATPと基質がポケットに入って次の反応が始まります。これが、酵素反応が効率良く行われる仕組みの一つです(後述する細胞内の運び屋といわれるキネシンでは、ATPポケット内のアミノ酸群で扉のような構造が形成されて、さらに無機Piと基質をしっかりと閉じ込めて、反応効率を高めているとのことです。後ほど詳しく記述します)。

上述したような、ATP加水分解で蛋白質が構造変化を起こす際のダイナミックスが明らかになったのは、ごく最近のことです。基質のリン酸化で肝心なことは、脱リン酸化で遊離したPiによって基質の電子状態が大幅に変化する、と言うことです。基質の骨格をなす原子間で電子の共有結合が変わると、その度に基質の構造が変化し、特に基質が酵素である場合は、その度に酵素の構造も変わり、それに伴って酵素の機能が発現したり停止したりします。生物が生きていると言うことには酵素反応が不可欠です。それにはATPの加水分解が必ず伴います。理論的に、ATPのPi が解離する際の収支式、ATP + H2O → ADP + Pi、から、脱リン酸の前後で30.5kJ/molのエネルギー差が計算されるために、反応時のダイナミックスの詳細は分からないまま、蛋白質の機能発現には30.5kJ/molもの高いエネルギーが消費される、と暗黙に了解されてきたと言えます（1942年にLipmanとH. Kalckarが「ATPは生命活動の貨幣のようなものである」と提唱して以来のことです）。ATPは水が沢山ある生体の中にあり、Mgや水との水和の取り扱いが一筋縄には行かないことにあるからです。［個人的には、長い間ATPの高エネルギー反応についての具体的なイメージが湧かないまま過ごして来ました（それでも研究には何ら障害にはなりませんでしたが。誰もがそうでしょう。近年、キネシン（モーター部分はダイニンと全く同じです）で、ATPとキネシンの相互作用の仕組みが明らかになってきました。この仕組みにATPとの相互作用で起こる蛋白質の電子状態の変動とを組み合わせれば、目をつぶったときにあたかも目の前で起こっているようにダイニンの動力学が理解できるようになる気がします。後ほど詳しく試してみたいと思います。］

ATPの立役者は酸素の不対電子 

ここで、様々な生化学反応でのATPの貨幣としての役割を理解する上で肝心な、ATPの加水分解が蛋白質の電子状態に影響を与える上での重要な特徴について説明したいと思います。図５Aに、ATPの最も外側の軌道を動き回る電子の分布の計算結果を示します（この最外殻軌道を動き回る電子は、化学反応を起こす相手の分子に最初に遭遇するため、最も反応性に富んだ電子で、1981年にノーベル賞を受賞した福井謙一博士がフロンティア電子と名付けました）。ここで注目すべきことは、リン（P）と隣り合う酸素（O)の電子分布が“＋”になっていると言うことです。これは両方のPが、O内の分子軌道には参加しない孤立電子対（図５緑枠内の２つのPで挟まれたOの上と下に ¨ で示した電子対です。その下の図に、水分子を形成する酸素の孤立電子対を示しておきます。Oの相手がHではなくPでもほぼ同じ構造です）の電子を引っ張るためです。そのため PとOとが互いに引き合う力が強くなり、 Pi は簡単には分離しないと言うことになります。ところが、Pと結合している外側のOがPから電子を吸い寄せるため、外側のOは一層強く負の電荷を帯びるようになります。そのため外側のO同士が互いに反発する力が強くなり、Pi 同士が解離しようとする性質が強くなります。つまりATPは、簡単には解離しないということと解離し易いという、２つの相反する性質を持っていることになります。このため、蛋白質に結合したATPに加水分解酵素（ダイニン蛋白質自体が加水分解酵素です）の助けを借りる（=解離し難くしている性質を取り除く）と、ATPは“急速”に ADPとPiとに開裂します。γ-Piとβ-Piの外側のO-にはMg2+が結合していて、２つのPiの解離を調節する役割も果たしているようです（このMg2+は周りに沢山の水分子を引き連れてMg-water capを形成しています。）。

図５Bに、加水分解でADPと解離した Pi は、［PO4] 4-とH+とに分かれることを示しておきます。［PO4] 4-ではH＋は特定の酸素とのみに会合するのではなく4つの酸素と等価に会合する状態になっている、ことを示すものです。この状態は共鳴安定化と言われています。共鳴安定化した［PO4] 4-は、電子を奪う力が強いO-を４つもむき出しの状態で持っていると言うことになります。そのためATPが結合した蛋白質の電子群がこの４つの O- に吸い寄せられて蛋白質の電子分布に大きな変化を起こり、蛋白質が特異的な部位で（ガッタと）構造が変化します。これが、蛋白質の機能が発現したり、逆に停止したり、することの源です。

ここで、不対電子とは何かを記述するまえに、下記コラム１と２に、核の周りを動き回る電子の規則と状態を決める量子数、及びS軌道とP軌道の形を簡単に纏めておきます。

コラム１：量子数と軌道の形の纏め 

電子の状態は、 主量子数 n、方位量子数 l、磁気量子数 m及びスピン量子数の４つの量子数で決まります。①主量子数 n は、エネルギーと軌道の大きさを決定するもので、n＝1, 2, 3, ... と整数で表されます。電子は層をなして核の周りを動き回ります。この層のことを電子殻と言い、n＝１の殻はK殻、n＝2の殻はL殻、n＝3 の殻はM殻、…と名がついています(下表参照)。②方位量子数 l は、軌道の形を決定するもので、l=0, 1, 2, …, n−1 の整数値をとります（コラム２にそのうちの２つ例が示してあります）。順に、s軌道、p軌道、d軌道、f軌道、g軌道…と命名されています。③磁気量子数 mは、電子が軌道内で広がる向きを決定するもので、m= 0, ±1, ±2, …±l の値をとります。④スピン量子数は、磁場内での電子の回転軸の向きのことで、s=+½(上向き)、-½ (下向き)の値をとります。パウリの排他原理によって、量子数①〜④の全てが同じ電子は１つの原子の中に入ることはできないことになっています。さらにフントの規則によって、同一エネルギーの軌道に電子が配置されるときは、電子はできる限り別々の軌道にしかし電子スピンの向きはできる限り同じ向きに入る、ことになっています。主量子数1~4の量子数と他の量子数との関係を下左表に、実際の原子についての電子配置を下右表に纏めておきます（Wikipediaより）。

コラム２：電子が動き回るS軌道とp軌道の形 

 [下図左] 主量子数 n=1~3、方位量子数 l=0 の場合の軌道の形。 コラム１から、l=1の場合は s軌道(1s、2s及び3s)のみとなります。[下図右] 主量子数 n=2の場合の軌道の形。方位量子数 l=1、磁気量子数 m=-1, 0, +1となるので、コラム１左表より、電子は2px, 2py, 2pz の軌道に最大で６個の電子が入ることができます。電子はエネルギーの低い方から配置されますので、n=2の場合、1s、2s、2p （m=-1, 0, +1、→ x,y,z）と表す軌道に合計最大10個の電子が入ることができます。軌道の形は、tsue1224toki @yahoo.co.jpを参考にしました(図は現在削除されているようです。 http://www.shse.u-hyougo.ac.jp /kumagai/eac/chem/lec4_2.htmlもご参考ください。）

上記コラム１、２に纏めたことを基にして、図６に酸素の不対電子とは何かについての概略を示します。コラム１右表によると、酸素原子には、１s軌道(K殻)に２個、２s軌道に２個、２ｐ軌道に４個、合計で８個の電子が入ることになります。磁気量子数は、m=0, ±1ですのでフントの規則によると、2pの軌道には、例えば2px軌道にスピンの向きが+½及び-½ の２つの電子が入るとすると、py及び2pz軌道には同じスピンの向きの電子が1つづつしか入らないことになります。この1つしか入らない電子が不対電子です。不対電子は、他の原子や分子から電子を奪ってスピンが対（+½及び-½のペア）になろうとする強い性質を持っています。これが、酸素が他の分子や原子から電子を奪い取ろうとする活性の源です。

巨大酵素蛋白のアロステリック効果

前ページ図５Cに示すように、ダイニンは、ATPaseである6つのAAA+で構成される頭部リングからストークが飛び出し、その先端のMTBDが微小管Bと相互作用する、と言う構造をしています。平安時代の牛車を彷彿させるような構造です。

ダイニンのような巨大蛋白では、鍵が鍵穴に差し込まれるようにATPなどの調節分子（エフェクター）が鍵穴に相当する部分に差し込まれると、鍵穴から遠く離れた部分が構造変化を起こして、他の分子との相互作用力（化学反応力）が大きく変化させることがあります（図７参照）。このような、エフェクターとの相互作用で鍵穴近くで生じた蛋白質の一部断片の電子状態の変化が、鍵穴から遠く離れた断片に伝達されて蛋白質の機能が発揮する、ことをアロステリック効果と言います。ダイニン自体がアロステリック蛋白質であり、ATPポケットがアロステリック部位（＝鍵穴）、MTBDが活性部位そして微小管Bが基質、に相当します。さしずめストークは電子（状態の変化）の通り道と言うことができます。７図に、アロステリック蛋白質とその反応曲線について簡単に図示して置きます。（念のため、エフェクターが鍵穴から離れるとエフェクターが結合する前の構造に戻ることを申し添えておきます）。

電子の流れの近道を作る水素結合 

巨大蛋白質でアロステリック効果が発揮されて機能を発現する場合、遠くに離れた部位へ電子状態の変化が伝搬されるのに、（例えばストークの中では）水素結合が近道の役割を果たすことがあります。図８に示すように、ストーク中にあるαヘリックスで、O（酸素）［炭素（C）や窒素（N）等］と共有結合している水素（H）が（ヘリックスのラセンを一周した）すぐ上（またはすぐ下）のラセンにある O（またはCやN等）に共有されてできる結合が水素結合です。図中で、“ ーNーH・・・・O”と示されている、Hと一段上のラセン内にあるOとの間に形成される結合のことです（H・・・・Oは、NーHと比較すると結合距離が離れているので弱い結合になります）。電子がラセンを一周しないでスキップして通過することができので、近道となると言う訳です（弱い結合でも電子状態には充分影響を与えることができます）。ダイニンでは、頭部リングのAAA1とAAA2の間にあるATPポケットに入り込んだATPが（ダイニン自体の作用で）加水分解され、解離したPiがポケット近くのダイニン断片（ペプチド）の電子状態に変化を与え、その変化がストークのラセンを回らずに水素結合でスキップできるため、遠くに離れたMTBDに素速く伝達されます。伝えられた電子状態の変化でMTBDが微小管Bと結合・解離することでダイニンが前進します。尾部で繋がった微小管Aを引っ張り、ひいては繊毛の有効打を発生させることになるので、水素結合のお陰で繊毛は素速い動きをすることができる、と言うことができます。

以上、蛋白質の機能発現の仕組みを理解するために必要な基礎知識を纏めました。重要なことは、不対電子を８つも持つ無機Piが基質蛋白の多くの電子を吸い寄せ、その結果基質蛋白質の活性部位の電子状態が変化し（相互作用している基質蛋白質の電子状態にも影響を与えます）、活性部位と基質との相互作用が変化して蛋白質の機能が発現する、と言うことです。

上記した基礎知識を基に、ダイニンのモーター蛋白質としての機能発現の仕組みがよく似ている（構造的には違いがあるようですが）と言われているキネシンの、無機Piの作用でモーター蛋白としての機能を発揮する様子を、可能な限りあたかも目の前で行われているように描写をしてみたいと思います。

東京大学大学院医学研究科の仁田・廣川氏等は、キネシンがATPを加水分解する直前、直後、途中2つ、合計４つの結晶を作成し、高エネルギー加速器研究機構のフォトンファクトリー（高強度パルスを利用して分子や結晶が変化する様子を捉える放射光源加速器）で構造変化の比較解析をしました。その結果、4つの結晶の中で、SwitchⅠとSwitchⅡと呼ばれる２つの領域がATP加水分解中に劇的に構造が変わり且つSwitchⅡが微小管との結合に大きく関わっている、こと等を明らかにしました。［SwitchⅡは、α④ヘリックスと呼ばれるらせん状の部分の左側に微小管と結合するループL11が、右側に微小管に緩くタッチするループL12が繋がっているとのことです（詳しくは下図参照）。SwitchⅠとSwitchⅡは、L7と言うモチーフに結合していて、ADPがATPポケット内から出て行かないようにしっかり固定する鍵のような役割を果たしています。また、L11が微小管の中にある逆の電荷を持つ一組のモチーフ（H11*-helix）を識別して結合することから、L7の先端部分を微小管センサーと名付けました。］

本稿では、仁田・廣川氏等が発表した図を本稿の趣旨に沿うように可変し（図９）（元の図は、原著 Science, 305, 678 (2004)、または高エネルギー加速器研究機構ニュース、www2.kek.jp/ja/newskek /2004/julaug/ KIF1A.html等を参照下さい）、前回の頁で記述した（そして次頁に説明する予定の）ダイニンのダイナミックスと整合性がとれるように、ATPがATPポケットに入ったときの事相を①として始めます。

①SwitchⅡが微小管と静電的な結びつきでL7が引っ張られていて、ATPポケット開いています。そこに、ADPと入れ替わってATPが流入します。するとATPがポケット（の中のリン酸結合ループ：P-loop）に固定され、キネシンの電子状態が変化します。その変化がキネシンのL7を経由してセンサーまで伝搬され、センサーが微小管と強く結合するようになります（キネシンと結合できる場所が8ナノメータおきに等間隔で点在し、その中にセンサーのL11が結合するH11*-helixがあります）。

②ATPと一緒にMg2+と水がATPポケットに入るので、ATPは加水分解酵素であるキネシンに加水分解されます。解離した Pi はキネシンの電子を引き寄せ電子状態を大きく変化させます。その変化がセンサーに伝達され（図中赤い曲線矢印）、センサー(L11)と微小管(H11*-herix)の結合状態が変化し、センサーはフラフラと微小管から浮遊します。引っ張られていたL7が元に戻りATPポケットは閉じます。back doorが開いて無機PiはATPポケットから流出します。①と②の過程が無機Piによってキネシンが劇的に変化する事相で、いわば、ATPの加水分解で放出されたエネルギーが微小管に結合していたセンサーを微小管から引き剥がすことに使われた、と言うことの実相だと思います。

③フラフラしていたセンサーは、微小管に静電的に引っ張られるようになります。その間①及び②の過程でATPポケットに入ってきたMg2+及び水でMg-water cap(=Mg-stabilizer) が形成されて［恐らく無機Pi(及びADP)がMg2+と相互作用をして（過分になった電子を渡して）、その結果Mg2+が水を引き寄せて（水和）Mg-water capが形成され且つ無機Piがキネシンから解離してATPポケットから流出するようになると考えられます。あくまでも私見ですが。Pi、ADP及びMg-water capの詳しい関係はよく分かりません］ADPを包み込み、またLatchと命名された部分によって鍵が掛けられるようになります。更にL7に結合していているSwitchⅠとSwitchⅡによって二重に鍵が掛けられるとのことです。早めに、ADPとATPの交換が行われてATPポケットの電子状態が変化してしまい、不確実なステップに進んでしまわないように時間調節をしていると考えられます（詳しくは上記高エネルギー加速器研究機構ニュースを参照ください）。

④この間センサーは、L12が微小管のひも状のE-hookモチーフを探し当てるまで、微小管上をフラフラと熱運動を繰り返し、E-hookモチーフに遭遇すると、それに緩く結合します。すると、L7が引っ張られてATPポケット（のfront door）が開き、Mg2+が流出してMg-water capが消失し、ADPをロックしていた鍵構造がなくなります。その後もセンサーは、ひも状のE-hookに緩く結合したまま、フラフラと［（行ったり来たりしながら、結果的に微小管の＋端の方へ向かい（構造的な理由によって）］、静電的にフィットするH11*-helixを探し続けます。

⑤お目当てのH11*-helixを探し当てる頃に、開いたままになっているATPポケットからADPが流出し替わってATPが入り込みます。新しく入ったATPがポケット（のP-loop）に固定されると、センサー（のL11ループ）は探し当てた微小管のH11*-helixとしっかり結合するようになります。これは①の状態そのものです。次のADP/ATP交換サイクルに入り、センサーは（微小管の＋端の方に）一歩前進したことになります。

図９。キネシンのADP/ATP交換過程（図の上をクリックすると大きな図が表示されます）

ATPポケット内で行われる、ADP/ATP交換サイクルとワンセットになったキネシンのATP加水分解サイクル。ATPがATPポケットに入ってATPポケットに固定される時点をサイクルの開始点①として、5つの事相に分けて示します。図①②及び④のATPポケットに連なった赤い矢印は電子の変化の方向を示します。仁田さんらが解析を行った、キネシンがATPを加水分解する直前、途中Ⅰ、途中Ⅱ及び直後のセンサーと微小管との結合状態の様子を、下の3つの円内に（途中Ⅰを小さく円なしで）示します。フォトンファクトリーを使った構造解析でATPの加水分解中に、SwitchⅠとSwitchⅡが劇的に変わるる部分であることが分かりました。センサーは、加水分解直前にはSwitchⅡのループL11を介して、微小管のH11*-herixと強く結合していますが（①下の円内の図）、加水分解が始まるとL11が微小管から解離し、SwitchⅡは一時微小管から遊離した状態になります（②下の円内の図）。加水分解が終わると、右側のL12が微小管のひも状になったE-hookと緩く結合します（④下の円内の図）。ひも状であるためキネシンの微小管センサーは比較的自由に動くことが出来ます。その間L11は、微小管上をフラフラ行ったり来たりしながら、次に結合するH11*-helixを探し始めます。お目当てのH11*-helix（一歩前進した位置にある）を探し当てると、それにしっかり固定します。これは次のサイクルの①と同一事相です。キネシンが微小管上を一歩前進したことになります。一回のATP加水分解にはこれだけの事相が付随して行われることを示します。この図は、ATPの加水分解はセンサーが微小管から遊離することにのみ働くことを示しています。仁田さん達はこれを、標的分子からの能動的解離と呼んでいます。センサーが微小管の＋端の方に進むのは、遊離したセンサーのランダムウォークと微小管及びキネシンの構造的要因で決まるとのことです。掲載許諾取得済み(Nature Structure and Molecular Biology, License Number: 3847340547715)。

以上が、一回のATP加水分解でキネシンに起こる出来事を（あたかも目の前で起こっているように想像が出来ることを願って）描写したものです。強調したいことは、30.5kJ/mol (=7.3kcal/mol)ものエネルギーが放出されると言われているATPの一回の加水分解反応は、単にセンサーのL11を微小管のH11*-helixから切り離すだけに費やされた、と言うことです［仁田さん達は、これを標的分子（キネシンやダイニンの場合は微小管）からの能動的解離機能と呼んでいます］。結合を解かれたセンサーは、微小管から遊離し、次の着地点（H11*-helix）を探し当てるまで、熱振動で宙ぶらりんのままフラフラしているのみです。キネシンが微小管の＋端の方向に進むのは構造上の問題で、フラフラしているセンサーが前にある微小管のH11*-helixに着地する確率が高くなる構造をしていると言うことのようです。

キネシンは、上記したADP/ATP交換サイクル毎に、センサーは単に微小管との結合のON-OFFをしているだけなのにも係わらず、細胞内に張り巡らされた微小管を移動して、細胞内で合成された蛋白質を（風呂敷包みのようにミセルに包み込み、二足歩行をしながら）必要とする部位に届けることができる、と言う訳です。モーター蛋白質というと、何か特別な力を生み出す仕掛けを持った蛋白質のように思えますが、単に、（ATP加水分解によって解離した）無機Piが蛋白質と結合・解離するときの、電子状態の変化が結合部位に伝搬され、標的分子との結合をON-OFFしているに

以上が、一回のATP加水分解でキネシンに起こる出来事を（あたかも目の前で起こっているように想像が出来ることを願って）描写したものです。強調したいことは、30.5kJ/mol (=7.3kcal/mol)ものエネルギーが放出されると言われているATPの一回の加水分解反応は、単にセンサーのL11を微小管のH11*-helixから切り離すだけに費やされた、と言うことです［仁田さん達は、これを標的分子（キネシンやダイニンの場合は微小管）からの能動的解離機能と呼んでいます］。結合を解かれたセンサーは、微小管から遊離し、次の着地点（H11*-helix）を探し当てるまで、熱振動で宙ぶらりんのままフラフラしているのみです。キネシンが微小管の＋端の方向に進むのは構造上の問題で、フラフラしているセンサーが前にある微小管のH11*-helixに着地する確率が高くなる構造をしていると言うことのようです。

キネシンは、上記したADP/ATP交換サイクル毎に、センサーは単に微小管との結合のON-OFFをしているだけなのにも係わらず、細胞内に張り巡らされた微小管を移動して、細胞内で合成された蛋白質を（風呂敷包みのようにミセルに包み込み、二足歩行をしながら）必要とする部位に届けることができる、と言う訳です。モーター蛋白質というと、何か特別な力を生み出す仕掛けを持った蛋白質のように思えますが、単に、（ATP加水分解によって解離した）無機Piが蛋白質と結合・解離するときの、電子状態の変化が結合部位に伝搬され、標的分子との結合をON-OFFしているに過ぎない、と言うことです。