H^+ーATPaseの普遍的構造とH^+輸送/ATP合成(分解)の共役

1991 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 03454546
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 代謝生物化学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 二井 將光 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (50012646)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 1991 – 1992
• キーワード: 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

研究概要

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。

研究成果

• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] Y.Moriyama,A.Yamanoto,Y.Tashiro,M.Futai: "Chromaffin granule H^+-ATPase has F_1-like structure." FEBS.Lett.291. 92-96 (1991)