1991 年度実績報告書

植物細胞の物質集積を支える液胞膜プロトンポンプの分子構造と生理的変動の機構

研究課題

研究課題/領域番号	03257201
研究機関	北海道大学
研究代表者	前島正義北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (80181577)
キーワード	液胞膜 / プロトンポンプ / ピロホスファタ-ゼ / ATPase / 物質輸送
研究概要	物質集積という液胞の機能を見るとき、液胞膜に局在する2つのプロトンポンプ、H^+ーpyrophosphatase(H^+ーPPase)とH^+ーATPaseはエンジンに例えることができる。プロトンポンプによってもたらされる液胞膜のプロトン駆動力は、ナトリウム、カルシウムイオンあるいはリンゴ酸、アミノ酸、糖の輸送に利用される。2つの酵素の分子構造を明かにし、液胞機能の変化にともなって、両酵素がどう適応変化するのかを解析している。研究の途上にあるが、今年度の研究成果として以下の知見を得た。 (1)H^+ーPPaseは73kDaポリペプチドのホモダイマ-として機能している。Mg2+は酵素の活性発現だけではなく、構造維持にも必須である。逆に、Ca2+は酵素機能を強く可逆的に阻害する。 (2)酵素の生理種間の相違を明らかにすることは、構造と機能の分子レベルでの解析に有用な情報を与えてくれる。今回、他のグル-プとの共同研究により、カサノリの液胞膜H^+ーPPaseおよび光合成細菌Rhodospirillum rubrumのクロマトフォアのH+ーpyrophosphate synthetaseのいずれもが、ヤエナリ液胞膜H^+ーPPaseに対する抗体と反応することが明かとなった。系統上大きく離れた生物種に同一の酵素が確認できたことは、分子進化を考察する上でも重要である。今後、タンパク質一次構造上での比較を行いたい。 (3)CAM植物の液胞は、夜間液胞内にリンゴ酸を集積する。液胞膜ATPaseがリンゴ酸集積に必要なプロトン駆動力を与えていると言われてい他。抗体を用いた解析により、この液胞膜にも高活性のH+ーPPaseが比較的多量に存在することを明かにした。 (4)液胞膜の二次能動輸送系の候補と考えられる、疎水性の高いタンパク質を単離し、いくつかの性質を明らかにした。分子サイズ22ー23kDaで、DCCD結合能を有しており、比較的多くの植物種に検出できた。

研究成果

(8件)

すべてその他

すべて文献書誌 (8件)

[文献書誌] Masayoshi MAESHIMA: "H^+ーtranslocating inorganic pyrophosphatase of plant vacuoles:Inhibition by Ca^<2+>,stabilization by Mg^<2+> and immunological comparison with other inorganic pyrophosphatases." European Journal of Biochemistry. 196. 11-17 (1991)
[文献書誌] Sato M,Maeshima M,Ohsumi Y,Yoshida M: "Dimeric Structure of H^+ーtranslocating pyrophosphatase from pumpkin vacuolar membranes." FEBS Letters. 290. 177-180 (1991)
[文献書誌] Ikeda M,Satoh S,Maeshima M,Mukohata Y,Moritani C: "A vacuolar ATPase and pyrophosphatase in Acetabularia ecetabulum" Biochimica et Biophysica Acta. 1070. 77-82 (1991)
[文献書誌] Nore BF,SakaiーNore Y,Maeshima M,Baltscheffsky M, Nyren: "Immunological crossーreactivity between protonーpumping inorganic pyrophysphatases of widely phylogenic separated species." Biochemical and Biophysical Research Communications. 181. 962-967 (1991)
[文献書誌] Masayoshi MAESHIMA: "Characterization of the major integral protein of vacuolar membrane." Plant Physiology. 98. (1992)
[文献書誌] MatsuuraーEndo C,Maeshima M,Yoshida S: "Mechanism of the decline in vacuolar H^+ーATPase activity in mung bean hypocotyls during chilling." Plant Physiology.
[文献書誌] 前島正義,旭正: "「岩波講座分子生物科学」全12巻、分担執筆(岡田、旭、内田、大沢、岡田、香川、木村、本庶、松原、御子柴編)第12巻「植物の機能」 (温度に対する植物の応答、pp.135ー150)" 岩波書店, 218 (1991)
[文献書誌] 前島正義,旭正: "「現代植物生理」全5巻、分担執筆(宮地、柴岡、茅野、新免編)第2巻「代謝」(エネルギ-代謝、pp.1ー29)" 朝倉書店, (1992)

1991 年度 実績報告書

植物細胞の物質集積を支える液胞膜プロトンポンプの分子構造と生理的変動の機構

研究代表者

前島 正義 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (80181577)

研究成果

[文献書誌] Masayoshi MAESHIMA: "H^+ーtranslocating inorganic pyrophosphatase of plant vacuoles:Inhibition by Ca^<2+>,stabilization by Mg^<2+> and immunological comparison with other inorganic pyrophosphatases." European Journal of Biochemistry. 196. 11-17 (1991)

[文献書誌] Sato M,Maeshima M,Ohsumi Y,Yoshida M: "Dimeric Structure of H^+ーtranslocating pyrophosphatase from pumpkin vacuolar membranes." FEBS Letters. 290. 177-180 (1991)

[文献書誌] Ikeda M,Satoh S,Maeshima M,Mukohata Y,Moritani C: "A vacuolar ATPase and pyrophosphatase in Acetabularia ecetabulum" Biochimica et Biophysica Acta. 1070. 77-82 (1991)

[文献書誌] Nore BF,SakaiーNore Y,Maeshima M,Baltscheffsky M, Nyren: "Immunological crossーreactivity between protonーpumping inorganic pyrophysphatases of widely phylogenic separated species." Biochemical and Biophysical Research Communications. 181. 962-967 (1991)

[文献書誌] Masayoshi MAESHIMA: "Characterization of the major integral protein of vacuolar membrane." Plant Physiology. 98. (1992)

[文献書誌] MatsuuraーEndo C,Maeshima M,Yoshida S: "Mechanism of the decline in vacuolar H^+ーATPase activity in mung bean hypocotyls during chilling." Plant Physiology.

[文献書誌] 前島 正義,旭 正: "「岩波講座 分子生物科学」全12巻、分担執筆(岡田、旭、内田、大沢、岡田、香川、木村、本庶、松原、御子柴 編)第12巻「植物の機能」 (温度に対する植物の応答、pp.135ー150)" 岩波書店, 218 (1991)

[文献書誌] 前島 正義,旭 正: "「現代植物生理」全5巻、分担執筆(宮地、柴岡、茅野、新免 編)第2巻「代謝」(エネルギ-代謝、pp.1ー29)" 朝倉書店, (1992)

1991 年度実績報告書

前島正義北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (80181577)

[文献書誌] 前島正義,旭正: "「岩波講座分子生物科学」全12巻、分担執筆(岡田、旭、内田、大沢、岡田、香川、木村、本庶、松原、御子柴編)第12巻「植物の機能」 (温度に対する植物の応答、pp.135ー150)" 岩波書店, 218 (1991)

[文献書誌] 前島正義,旭正: "「現代植物生理」全5巻、分担執筆(宮地、柴岡、茅野、新免編)第2巻「代謝」(エネルギ-代謝、pp.1ー29)" 朝倉書店, (1992)