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

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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。