新規プロトン輸送ピロホスファターゼの結晶構造解析と展開研究

新型质子转运焦磷酸酶的晶体结构分析及开发研究

• 批准号: 19042012
• 负责人: 前島 正義
• 金额: $ 3.71万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19042012/
• 关键词: イオンポオンプ; プロトンポンプ; H^+-ピロホスファターゼ; 液胞膜; 機能ドメイン; リン酸化; エネルギー共役; H^+輸送ピロホスファターゼ; 亜鉛輸送体; イオン交換輸送体

新規なエネルギー転換酵素であるH^+-ピロホスファターゼ(H^+-PPase)は、植物液胞膜および原生動物細胞の内膜系、古細菌細胞膜に局在し、高分子合成の副産物として供給されるピロリン酸(PPi)を加水分解して得られるエネルギーを利用し、プロトンを能動的に膜輸送する。既知のF型、V型、P型ATPaseとは一次構造、基質ともに全く異なる新しいイオンポンプである。この分子について、構造を基盤とする作動機構の解明を進め、次の知見を得た。(1)N端およびC端領域は,生物種により配列も長さも大きく異なる。N端に欠落は酵素機能を完全に失わせ、C端側の親水性領域は一部を欠失しても酵素機能を維持できる。(2)プロテオミクス解析により検出されるリン酸化アミノ酸が機能調節に関わるか否かを検討したところ、リン酸化されている可能性はほとんどないこと、またリン酸化アミノ酸を模擬するアミノ酸への置換によっても、活性への影響は見られず、現時点では、リン酸化による酵素機能の調節はないと判定した。(3)数千の変異型H^+-PPaseの中から,基質加水分解活性に比してプロトン輸送活性が高い変異型酵素を得た。基質への親和性は変化せず、H^+/PPi比が高い作動様式を示すものと判断された。これらの知見に加えて、(4)H^+-PPaseを利用してPPi濃度を測定する技術基盤も検討し、組織抽出液をサンプルとした場合であっても、数μM程度のPPiを検出可能な方法を開発した。

H^+-焦磷酸酶（H^+-PPase）是一种新型能量转换酶，定位于植物液泡膜、原生动物细胞内膜系统和古细菌细胞膜中，作为聚合物合成的副产品提供能量。通过水解焦磷酸（PPi）获得的用于主动通过膜传输质子。这是一种新型离子泵，具有与已知的 F 型、V 型和 P 型 ATP 酶完全不同的一级结构和底物。我们根据其结构进一步阐明了该分子的作用机制，并获得了以下知识。 (1) N端和C端区域的序列和长度根据物种的不同而有很大差异。 N端缺失会导致酶功能完全丧失，而C端部分亲水区被删除后，酶功能仍能保持。 (2)当我们研究蛋白质组学分析检测到的磷酸化氨基酸是否参与功能调节时，我们发现它们几乎不存在被磷酸化的可能性，并且用模拟磷酸化氨基酸的氨基酸取代也没有观察到对活性的影响，此时确定磷酸化不调节酶的功能。 (3)在数千种突变型H^+-PPase中，我们发现了一种突变型酶，其质子传输活性高于底物水解活性。确定对底物的亲和力没有改变，表明具有高H^+/PPi比率的作用模式。除了这些发现之外，我们还研究了使用(4)H^+-PPase测量PPi浓度的技术基础，即使使用组织提取物作为样品，我们也能够检测到数μM水平的PPi。一种可能的方法。

项目成果

Characterization of a tobacco TPK-type K^+ channel as a novel tonpplast K^+ channel using yeast tonoplast.

使用酵母液泡膜将烟草 TPK 型 K^ 通道表征为新型液泡膜 K^ 通道。

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Biological Chemistry 283
• 作者: Hamamoto;S.
• 通讯作者: S.

Structure-function relationship and physiological meanings of H^+-pyrophosphatase.

H^-焦磷酸酶的结构-功能关系及生理意义。

• 发表时间: 2009
• 作者: Hirono;M.;Segami;S.;Muto;Y.;Kawachi;M.;Maeshima M.
• 通讯作者: Maeshima M.

Expanding roles of plant aquaporins in plasma membranes and cell organelles.

植物水通道蛋白在质膜和细胞器中的作用不断扩大。

• 发表时间: 2008
• 期刊: Funct. Plant Biol. 38
• 作者: Katsuhara;M.
• 通讯作者: M.

Structure-function relationship of AtMTP1, a vacuolar Zn^<2+>/H^+ antiporter and defense mode against zinc stress in atmtp1 mutant plant.

AtMTP1（液泡Zn^2/H^逆向转运蛋白）的结构-功能关系以及atmtp1突变体植物中锌胁迫的防御模式。

• 发表时间: 2008
• 作者: Maeshima;M.
• 通讯作者: M.