H^+ーATPaseの普遍的構造とH^+輸送/ATP合成(分解)の共役

1991 Fiscal Year Final Research Report Summary

• Project/Area Number: 03454546
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 代謝生物化学
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 二井 將光 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (50012646)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 花田 裕典 大阪大学, 産業科学研究所, 教務職員 (60228509) ; 田村 茂彦 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (90236753) ; 森山 芳則 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (10150658)
• Project Period (FY): 1991 – 1992
• Keywords: F_0F_1型H^+ーATPase / シナプス小胞 / シトコンドリア / 液胞型H^+ーATPase

Research Abstract

ATPの合成/分解と共役してH^+を輸送する膜酵素が知られており、プロトン輸送性ATPase(H^+ATPase)として総括されている。H^+ATPaseはATP合成酵素であるF_0F_1型H^+ATPaseとリソソ-ム、シナプス小胞等に存在する液胞型H^+ATPaseと大別される。これらの2種のH^+ATPaseは構造および反応機構において似ている点が多い。本研究では両者を対比しながら研究を進めた。以下に実績を要約する。(1)シトコンドリア、葉緑体、細菌に普遍的に存在するF_0F_1型H^+ATPaseのうち大腸菌の酵素を主に用い変異を導入しつつ解析した。βサブユニットに存在するグリシンに富む配列149ー156残基)のうちLysー155とThrー156残基が必須残基であること、これらの近傍にSerー174、Valー198、Gluー192、Lysー201残基が存在することが明らかになった。γサブユニットのMetー23残基にLysあるいはArg残基を導入するとATP合成活性はなくなり、ATPase活性はあるがH^+の輸送がなくなった。これらの結果からγサブユニットがH^+の輸送と合成/分解の共役に関与していると結論した。(2)シロイヌナズナの葉緑体H^+ATPaseのγサブユニット遺伝子をクロ-ン化し、光によって調節される部位があること、および遺伝子の転写が光によって調節されていることを明らかにした。(3)小脳のライブラリ-より液胞型H^+ATPaseのAサブユニットおよびプロテオリピドのcDNAをクロ-ン化した。AサブユニットはF_0F_1型H^+ATPaseとのβサブユニットに対応している。またプロテオリピドはF_0F_1型のCサブユニットに対応しH^+輸送路を形成していると考えられる。(4)副腎のクロマフィン顆粒およびシナプス小胞の液胞型H^+ATPaseの反応機構とATPの分解にともなって形成されるH^+の電気化学的ポテンシャルの生理的意義を詳細に検討し多くの成果を得た。

Research Products

• [Publications] S.Eya,M.Maeda,M.Futai: "Role of carboxyl terminal region of H^+-ATPase(F_0F_1) a subunit from Eocherichia coli." Archives of Biochemistry and Biophysics. 284. 71-77 (1991)
• [Publications] K.Ida,J.Noumi,M.Maeda,J.Fukui,M.Futai: "Catalytic site of F_1-ATPase of Escherichia coli:Lys-155 and Lys-201 of the β subunit are located near the γ phosphate group of ATP in the presence of Mg^<2+>." The Journal of Biological Chemistry. 266. 5424-5429 (1991)
• [Publications] N.Inohara,A.Iwamoto,Y.Moriyama,S.Shimomura,M.Maeda,M.Futai: "Two genes,atp C1 and atp C2,for the γ subunit of Arabidopsis thaliana chlonoplast ATP synthase." The Journal of Biological Chemistry. 266. 7333-7338 (1991)
• [Publications] A.Iwamoto,H.Omote,H.Hanada,N.Tomioka,A.Itai,M.Maeda,M.Futai: "Mutation in Ser-174 and the glycine-rich sequence (Gly-149,Gly-150 and thr-156) in the β subunit of Escherichia coli H^+-ATPase." The Journal of Biological Chemistry. 266. 16350-16355 (1991)
• [Publications] T.Yoshimori,A.Yamamoto,Y.Moriyama,M.Futai,Y.Tashiro: "Bafilomycin A,a specific inhibitor of vacuolar-type H^+-ATPase,inhibits acidification and protien degradation in lysosmes of cultured cells." The Journal of Biological Chemistry. 266. 17707-17712 (1991)
• [Publications] Y.Moriyama,A.iwamoto,H.Hanada,M.Maeda,M.Futai: "One-step purification of Escherichia coli H^+-ATPase (F_0F_1) and its reconstitutin into liposomes with neurotranomitter transporters." The Journal of Biological Chemistry. 266. 22141-22146 (1991)
• [Publications] H.Hanada,M.Hasebe,Y.Moriyama,M.Maeda,M.Futai: "Molecular cloning of cDNA encoding the 16KDa subunit vacuolal H^+-ATPase from mouse cerefellum." Biochemical and Biophysical Research Communications. 176. 1062-1067 (1991)
• [Publications] Y.Moriyama,K.Amakatsu,K.Yamada,M.Park,M.Futai: "Inhibition of neurotransmitter and hormone transport into secretory vesicles by 2-(4-phenylpiperadino) cyclshexanol and 2-fromo-α-ergocryptine:foth compounds act as uncouplers and dissipate electrochemical gradient of protons." Archines of Biochemistry and Biophysics. 290. 233-238 (1991)
• [Publications] Y.Moriyama,A.Yamanoto,Y.Tashiro,M.Futai: "Chromaffin granule H^+-ATPase has F_1-like structure." FEBS.Lett.291. 92-96 (1991)