ATP合成酵素:サブユニットの複合体の回転を伴う反応機構

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13308037
• 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): 孫 戈虹(和田) 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (00314427) ; 和田 洋 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (50212329)
• Keywords: エネルギー共益 / 分子モーター / プロトンポンプ / 膜輸送 / F-ATPase / V-ATPase

Research Abstract

エネルギー貨幣であるATPを合成しているATPase合成酵素(F型ATPase)は生体に於いて極めて重要な役割を担っている。研究代表者らはF型ATPaseが分子ナノモーターであることを精製F型ATPaseを用いて実験的に示し、さらに大腸菌の膜を用いてF型ATPaseの回転を観察する系を確立した。特に工夫をした点は平面膜を調製する方法と、これをF型ATPaseのFo部分を用いてガラス面に固定する方法である。この系にATPを加えると時計方向に連続的にα,βサブユニットが回転した。これらの結果はモーターの回転の機構、回転方向を決定する原理、回転とプロトンポンプ機能との共役機構を理解する上できわめて重要な知見である。
F型ATPaseと構造的に類似しているプロトンポンプATPaseとして、液胞型ATPase(V型ATPase)が知られている。研究代表者らはV型ATPaseとF型ATPaseがサブユニットの一次構造だけではなく、速度論的にも類似していることを示した。また、V型ATPaseが極めて興味深い多様性を持ち動物において多くの酸性環境を形成することを明らかにした。また局在性と生理的機能の多様性に関してはサブユニットイソフォームによって説明できることを明らかにした。さらに精製した酵母V型ATPaseをガラス面に固定し、Vo部分にプローブを導入し、V型ATPaseもF型ATPaseと同様に分子ナノモーターであることを実験的に証明した。

Research Products

• [Publications] G.-H.Sun-Wada, T.Yoshimizu, Y.Imai-Senga, Y.Wada, M.Futai: "Diversity of mouse proton-translocating ATPase : Presence of multiple isoforms of the C, d and G subunits"Gene. 302. 147-153 (2002)
• [Publications] K.Nishio, A.Iwamoto-Kihara, A.Yamamoto, Y.Wada, M.Futai: "Subunit rotation of ATP synthase embedded in membranes : α or β subunit rotation relative to the c subunit ring"Proc. Natl. Acad Sci. USA. 99. 13448-13452 (2002)
• [Publications] Y.Murata, G.-H.Sun-Wada T.Yoshimizu, A.Yamamoto, Y.Wada, M.Futai: "Differential localization of V-type H^+ pump with G subunit isoforms (G1 and G2) in mouse neurons"J. Biol. Chem.. 277. 36296-36303 (2002)
• [Publications] Y.Imai-Senga, G.-H.Sun-Wada, Y.Wada, M.Futai: "A human gene, ATP6E1, encoding a testis-specific isoform of H+ ATPase subunit E"Gene. 289. 7-12 (2002)
• [Publications] Y.Sambongi, H.Nitta, K.Ichihashi, M.Futai, I.Ueda: "A novel water-soluble hantzsh 1, 4-dihydropyridine compound that functions in biological processes through NADH regeneration"J. Org. Chem.. 3499-3501 (2002)
• [Publications] G.-H.Sun-Wada, Y.Imai-Senga, A.Yamamoto, Y.Murata, T.Hirata, Y.Wada, M.Futai: "A proton pump ATPase with testis-specific E1 subunit isoform required for acrosome acidification"J. Biol. Chem.,. 277. 18098-18105 (2002)
• [Publications] T.Hirata, Y.Wada, M.Futai: "Sodium and sulfate Ion transport in yeast vacuole"J. Biochem. 131. 261-265 (2002)
• [Publications] J.Hirabayashi, T.Hashidate, Y.Arata, N.Nishi, T.Nakamura, M.Hirashima, T.Urashima, T.Oka, M.Futai, W.E.Muller, F.Yagi, F, K.Kasai: "Oligosaccharide specificity of galectins : a search by frontal affinity chromatography"Biochim. Biophys. Acta.. 19. 232-254 (2002)