H^+-ATPaseの普遍的構造とH^+輸送/ATP合成(分解)の共役

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03454546
• 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: 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)
• キーワード: F-ATPase / 液胞型ATP / ATP合成酵素 / シナプス小胞

研究概要

ATPの分解/合成と共役してH^+を輸送するH^+-ATPaseはATP合成酵素であるF-ATPase、リソソーム、シナプス小胞などに存在する液胞型ATPase、胃酸分泌酵素に代表されるP-ATPaseに分類される。本研究ではF-ATPaseと液胞型ATPaseに注目し、両者を比較しつつ、活性中心の構造と反応機構、プロトン輸送機構、ATP分解/合成とH^+輸送の共役機構に関して多くの新しい知見を得た。本年度の特筆すべき成果として、(1)F-ATPaseのβサブユニットのLys-155とThr-156残基が触媒残基であること、活性中心の周辺にGly-172、r-174、Glu-192、Gly-149が存在すること、および、これら残基がαサブユニットとの境界面にあることを明らかにした。(2)H^+-ATPaseにおいて最も興味ある問題は化学反応とH^+輸送の共役の機構である。本研究では、この共役に中心的な役割を持っているのがγサブユニットであること、このサブユニットのアミノ末端側とカルボキシル末端側の相互作用が共役に必須であると結論することができた。例えばγサブユニットのMet-23残基をLysに変換するとH^+-ATPaseのATPase活性は変らないが、ATP分解によってH^+の輸送は見られなかった。この欠陥は同じサブユニットのGln-269→Arg、Thr-273→Serのようなカルボキシル末端側の二つ目の変異によって回復した。逆にカルボキシル末端側に変異を導入すると同様のことが起こり、アミノ末端側の二つ目の変換によって回復した。(2)ここで得られたF-ATPaseに関する成果は液胞型ATPaseにも適用できるものと考えられる知見を得た。(3)シナプス小胞の膜の蛋白の20%が液胞型ATPaseであることを示し、その役割を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] A.Iwamoto: "Domains near ATP phosphate in the catalytic site of H^+-ATPase:Model proposed from mutagenesis and inhibitor studies" J.Biol.Chem.286. (1993)
• [文献書誌] K.Shin: "F_0F_1-ATPase γ subunit mutations perturb the coupling between catalysis and transport" J.Biol.Chem.267. 20835-20839 (1992)
• [文献書誌] R.K.Nakamoto: "The γ subunit of the Escherichia coli ATP synthase: Mutations in the carboxyl-terminal region restore energy coupling to the amino-terminal mutant γ Met-23→Lys" J.Biol.Chem.286. 867-872 (1993)
• [文献書誌] R.K.Nakamoto: "Escherichia coli F_0F_1-ATPase: residues involved in catalysis and coupling" Anal.N.Y.Acad.Sci.671. 335-344 (1992)
• [文献書誌] H.Omote: "Effects mutations of conserved Lys-155 and Thr-156 residues in the phosphate binding glycine-rich sequence of the F_1-ATPase β subunit of Escherichia coli" J.Biol.Chem.267. 20571-20576 (1992)
• [文献書誌] M.Futai: "Escherichia coli ATP Sythase(F-Type ATPase): Catalytic site and regulation of H^+ translocation." J.Exp.Biol.172. 443-449 (1992)
• [文献書誌] M.Futai: "A glycine-rich sequence in the catalytic site of F-type ATPase." J.Biomemb Bioenerg.24. 463-467 (1992)
• [文献書誌] Y.Moriyama: "Role of vacuolar-type H^+-ATPase in neuronal and endocrine systems." J.Exp.Biol.172. 171-178 (1992)
• [文献書誌] Y.Moriyama: "Involvement of a non-proton pump factor(possibly donnan-type equilibrium)in maintenance of an acidic pH in lysosomes." FEBS Lett.302. 18-20 (1992)
• [文献書誌] M.Hasebe: "Vacuolar type H^+-ATPase genes: Presence of four genes includihg pseudogenes for the 16-Kda proteolipid subunit in the Human genome." Biochem.Biophys.Res.Commun.183. 856-863 (1992)
• [文献書誌] S.Tamura: "Sequence motif in control regions of the H^+/K^+-ATPase α and β subunit genes recognized by gastric specific nuclear protein." FEBS Letters. 298. 137-141 (1991)
• [文献書誌] S.Noguchi: "Assembly of a hybrid from the α subunit of Na^+/K^+-ATPase and β subunit of H^+/K^+-ATPase." Biochem.Biophys.Res.Commun.182. 373-381 (1992)