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出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2013/04/07 22:23:47」(JST)

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ATPアーゼとはアデノシン三リン酸 (ATP) の末端高エネルギーリン酸結合を加水分解する酵素群の総称である（EC番号 3.6.1.3、3.6.3、3.6.4）。ATP は生体内のエネルギー通貨であるから、エネルギーを要する生物活動に関連したタンパク質であれば、この酵素の活性を持っていることが多い。

正式名称はアデノシン三リン酸フォスファターゼまたはアデノシントリフォスファターゼだが、最近では正式名称が使用されることは少なく「ATPアーゼ」としている場合が多い。

特徴

ATPアーゼは以下の反応を触媒する酵素の総称である。

ATP　→　ADP + Pi （リン酸）

この時に発生するエネルギーを利用して、エネルギーを要する生物体内作用に寄与している。通常は ATP 以外のヌクレオチド三リン酸（GTP、UTP、CTPなど）に作用することが知られている。しかしながら存在している部位によって少しずつ性状が異なっている。

ATPに共通する特性として、スルフヒドリル基（SH基）を必要とすることと、Mg²⁺, Ca²⁺ によって活性化あるいは阻害を受けるという点が挙げられる。

役割

ATPアーゼの役割はエネルギーの関与する全ての反応に寄与していると言ってよい。

ATPの合成（酸化的リン酸化）
筋収縮
細胞内物質輸送
細胞外物質輸送
イオン濃度勾配の作成
解毒作用
発光
発電
膜融合（あらゆる生体膜）
膜タンパク質の品質管理

種類

運動性タンパク質ATPアーゼ

ミオシンアクチン系に代表されるATPアーゼである。ATP加水分解によるコンフォメーションの変化を受けることを特徴とする。タンパク質にATPが結合することによってタンパク質の立体構造に変化が起こり、その構造変化を利用して実際にタンパク質（ひいては細胞を）を「稼動」させることに関係している。

ミオシン、ダイニン、キネシンはそれぞれが蛍光標識を用いた一分子観測でその稼動が観察されている。

ミオシンATPアーゼ – アクチンミオシン系のすべりに関係
ダイニンATPアーゼ – 微小管上の物質輸送（マイナス端側への移動）
キネシンATPアーゼ – 微小管上の物質輸送（プラス端側への移動）
ダイナミンATPアーゼ – 唯一コンフォメーション変化は受けない、微小管の接着に関係

イオン輸送性ATPアーゼ

ATPの加水分解エネルギーを使って生体膜を透過しないイオンの輸送を行うATPアーゼの一群である。ATP合成酵素もこれに分類される。F型、A型、V型、P型が存在している。P型をのぞくものは構造がよく似ており、イオン（主にプロトン）駆動型モーター (F_o, A_o, V_o) ならびにATP駆動型モーター (F₁, A₁, V₁) から形成される。

全てがイオン濃度勾配を用いてATP合成および逆反応のATP加水分解に伴うイオン濃度勾配の形成が可能である。しかしながら、ATP合成酵素として用いられているのはF型およびA型のみである。

F型ATPアーゼ – 真核生物、真正細菌、ある種の古細菌のATP合成酵素
A型ATPアーゼ – 古細菌のATP合成酵素
V型ATPアーゼ – 液胞のプロトン能動輸送に関係
P型ATPアーゼ – 陽イオンの対向輸送および物質の共輸送に関係

ABC ATPアーゼ

ABC とは ATP Binding Cassette （ATP結合カセット）の略称である。細胞への物質取り込みおよび排出に関係する。膜貫通型の ABC ATPアーゼは、常に4つの機能ドメイン（2つの膜貫通ドメインと2つのABCドメイン）から構成される。これらのドメインは全てが一つの遺伝子にコードされている場合もあれば、それぞれ別々の遺伝子にコードされている場合もある。膜貫通ドメインの配列は多様であるが、ABCドメインと呼ばれるATP結合部位の配列は高度に保存されている。真核生物（主にヒト）では有害物質の排出に使用されているが、一方原核生物では糖、アミノ酸と言った物質の取り込みに用いられている。また、ヒトの中でもトランスポーター、チャネル、レセプター等、その機能は多彩である。

これら生体膜貫通型の古典的なABC ATPアーゼに加え、最近ではDNA結合型の ABC ATPアーゼが知られるようになってきている。代表的なものとして、染色体の高次構造と機能を制御するSMCタンパク質があり、これらはコンデンシンあるいはコヒーシンのコアサブユニットとして機能する。また、DNA2重鎖切断の修復に関与する Rad50 もこのカテゴリーに属する。

ABCドメインの特徴は、多くのATPアーゼが共有する Walker A と Walker B モチーフに加え、Signature モチーフ（あるいはCモチーフ）と呼ばれる配列を持つことにある。すべての ABC ATPアーゼは一対のABCドメインをもち、2つのATP分子は2つのドメインに挟まれるようにして結合する。この際、ATPは一方のドメインの Walker A と Walker B モチーフに結合し、もう一方のドメインのCモチーフと接触する。このCモチーフとの接触が、ATPの加水分解に必須である。すなわち、ATPの結合と加水分解のサイクルが2つのABCドメインの会合と解離のサイクルを制御し、さらにその構造変換が基質結合ドメイン（例えば、ABCトランスポーターの膜貫通ドメイン）に伝達されると考えられている。その作用メカニズムは、2ストロークエンジンに例えられることもある。

トランスポーター型ABCタンパク質 – 有害物質の能動輸送
チャネル型ABCタンパク質 – イオンの促進拡散
レセプター型ABCタンパク質 – ATP、ADP濃度感受およびシグナル伝達
DNA結合型ABCタンパク質（SMCタンパク質）– 染色体の凝縮、結合、修復等

AAA ATPアーゼ

AAA とは ATPases Associated with diverse cellular Activities の略称である。タンパク質の細胞内小器官への輸送（プロテインキネシス）、膜融合、細胞内小器官の形成、DNA複製、転写調節など機能は多様だが、全てがリング状オリゴマー構造を取っている。ATPの加水分解エネルギーはタンパク質のアンフォールディング（3次構造をほどく）やタンパク質分解、オリゴマーの拡大などに使用されていると考えられている。

真核細胞のみならず、細菌（大腸菌）、古細菌からも見つかっている。

AAAプロテアーゼ – 生体膜の管理など
膜融合AAA ATPアーゼ – 小胞体やゴルジ体の再形成など

課題

運動性タンパク質ATPアーゼを除く全てのタンパク質が生体膜に存在している。そのため構造が理解されていないことが多く、未開拓な酵素の一つである。また、ATPアーゼ活性そのものについてもよくわかっておらず、ATPのエネルギーを得た中間体などの解析から「エネルギーを持ったタンパク質」の状態を理解することへの研究もなされている。

最も研究が進んでいるであろうATPアーゼはミオシンおよびATP合成酵素であるが、その全てが理解されたとはいずれも考えられない状況であることは否めない。

Functions

Na⁺/K⁺ATPase

Transmembrane ATPases import many of the metabolites necessary for cell metabolism and export toxins, wastes, and solutes that can hinder cellular processes. An important example is the sodium-potassium exchanger (or Na⁺/K⁺ATPase), which establishes the ionic concentration balance that maintains the cell potential. Another example is the hydrogen potassium ATPase (H⁺/K⁺ATPase or gastric proton pump) that acidifies the contents of the stomach.

Besides exchangers, other categories of transmembrane ATPase include co-transporters and pumps (however, some exchangers are also pumps). Some of these, like the Na⁺/K⁺ATPase, cause a net flow of charge, but others do not. These are called "electrogenic" and "nonelectrogenic" transporters, respectively.

Mechanism

The coupling between ATP hydrolysis and transport is more or less a strict chemical reaction, in which a fixed number of solute molecules are transported for each ATP molecule that is hydrolyzed; for example, 3 Na⁺ ions out of the cell and 2 K⁺ ions inward per ATP hydrolyzed, for the Na⁺/K⁺ exchanger.

Transmembrane ATPases harness the chemical potential energy of ATP, because they perform mechanical work: they transport solutes in a direction opposite to their thermodynamically preferred direction of movement—that is, from the side of the membrane where they are in low concentration to the side where they are in high concentration. This process is considered active transport.

For example, the blocking of the vesicular H⁺-ATPAses would increase the pH inside vesicles and decrease the pH of the cytoplasm.

Transmembrane ATP synthases

Main article: ATP synthase

The ATP synthase of mitochondria and chloroplasts is an anabolic enzyme that harnesses the energy of a transmembrane proton gradient as an energy source for adding an inorganic phosphate group to a molecule of adenosine diphosphate (ADP) to form a molecule of adenosine triphosphate (ATP).

This enzyme works when a proton moves down the concentration gradient, giving the enzyme a spinning motion. This unique spinning motion bonds ADP and P together to create ATP.

ATP synthase can also function in reverse, that is, use energy released by ATP hydrolysis to pump protons against their thermodynamic gradient.

Classification

There are different types of ATPases, which can differ in function (ATP synthesis and/or hydrolysis), structure (F-, V- and A-ATPases contain rotary motors) and in the type of ions they transport.

F-ATPases (F1FO-ATPases) in mitochondria, chloroplasts and bacterial plasma membranes are the prime producers of ATP, using the proton gradient generated by oxidative phosphorylation (mitochondria) or photosynthesis (chloroplasts).
V-ATPases (V1VO-ATPases) are primarily found in eukaryotic vacuoles, catalysing ATP hydrolysis to transport solutes and lower pH in organelles like proton pump of lysosome.
A-ATPases (A1AO-ATPases) are found in Archaea and function like F-ATPases
P-ATPases (E1E2-ATPases) are found in bacteria, fungi and in eukaryotic plasma membranes and organelles, and function to transport a variety of different ions across membranes.
E-ATPases are cell-surface enzymes that hydrolyse a range of NTPs, including extracellular ATP.

P-ATPase

Main article: P-ATPase

P-ATPases (sometime known as E1-E2 ATPases) are found in bacteria and in a number of eukaryotic plasma membranes and organelles. Its name is due to short time attachment of inorganic phosphate at the aspartate residues at the time of activation.P-ATPases function to transport a variety of different compounds, including ions and phospholipids, across a membrane using ATP hydrolysis for energy. There are many different classes of P-ATPases, each of which transports a specific type of ion: H⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Ag⁺ and Ag²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, Cu⁺ and Cu²⁺. P-ATPases can be composed of one or two polypeptides, and can usually assume two main conformations called E1 and E2.

Human genes

(See Human ATPase)

Na⁺/K⁺ transporting: ATP1A1, ATP1A2, ATP1A3, ATP1A4, ATP1B1, ATP1B2, ATP1B3, ATP1B4
Ca⁺⁺ transporting: ATP2A1, ATP2A2, ATP2A3, ATP2B1, ATP2B2, ATP2B3, ATP2B4, ATP2C1
Mg⁺⁺ transporting: ATP3
H⁺/K⁺ exchanging: ATP4A, ATP4B
H⁺ transporting, mitochondrial: ATP5A1, ATP5B, ATP5C1, ATP5C2, ATP5D, ATP5E, ATP5F1, ATP5G1, ATP5G2, ATP5G3, ATP5H, ATP5I, ATP5J, ATP5J2, ATP5L, ATP5L2, ATP5O, ATP5S
H⁺ transporting, lysosomal: ATP6AP1, ATP6AP2, ATP6V1A, ATP6V1B1, ATP6V1B2, ATP6V1C1, ATP6V1C2, ATP6V1D, ATP6V1E1, ATP6V1E2, ATP6V1F, ATP6V1G1, ATP6V1G2, ATP6V1G3, ATP6V1H, ATP6V0A1, ATP6V0A2, ATP6V0A4, ATP6V0B, ATP6V0C, ATP6V0D1, ATP6V0D2, ATP6V0E
Cu⁺⁺ transporting: ATP7A, ATP7B
Class I, type 8: ATP8A1, ATP8B1, ATP8B2, ATP8B3, ATP8B4
Class II, type 9: ATP9A, ATP9B
Class V, type 10: ATP10A, ATP10B, ATP10D
Class VI, type 11: ATP11A, ATP11B, ATP11C
H⁺/K⁺ transporting, nongastric: ATP12A
type 13: ATP13A1, ATP13A2, ATP13A3, ATP13A4, ATP13A5

External links

"ATP synthase - a splendid molecular machine"
ATPase at the US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
UMich Orientation of Proteins in Membranes families/superfamily-5 - Proton or sodium translocating F- and V-type ATPases
UMich Orientation of Proteins in Membranes families/superfamily-22 - Different conformations of P-type ATPase
Electron microscopy structures of ATPases from the EM Data Bank(EMDB)

UpToDate Contents

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1. 酸関連疾患治療のためのプロトンポンプ阻害剤の概要および比較 overview and comparison of the proton pump inhibitors for the treatment of acid related disorders
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3. 赤血球水分量の制御 control of red blood cell hydration
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5. ウィルソン病：疫学および病因 wilson disease epidemiology and pathogenesis

English Journal

An isoquinoline alkaloid from the Chinese herbal plant Corydalis yanhusuo W.T. Wang inhibits P-glycoprotein and multidrug resistance-associate protein 1.

Lei Y, Tan J, Wink M, Ma Y, Li N, Su G.SourceCollege of Pharmacy, Nankai University, Tianjin 300071, China.
Food chemistry.Food Chem.2013 Feb 15;136(3-4):1117-21. doi: 10.1016/j.foodchem.2012.09.059. Epub 2012 Sep 28.
Overexpression of P-glycoprotein (P-gp) and multidrug resistance-associate protein 1 (MRP1) is a major mechanism leading to multidrug resistance (MDR) of cancer cells. These transporters expel anti-cancer drugs and greatly impair therapeutic efficacy of chemotherapy. A Chinese herbal plant Yanhusuo
PMID 23194502

α-Cyano-4-hydroxycinnamate induces apoptosis in Dalton's lymphoma cells: role of altered cell survival-regulatory mechanisms.

Kumar A, Kant S, Singh SM.SourceSchool of Biotechnology, Banaras Hindu University, Varanasi, India.
Anti-cancer drugs.Anticancer Drugs.2013 Feb;24(2):158-71. doi: 10.1097/CAD.0b013e3283586743.
In the present investigation, we explored the molecular mechanisms of the tumoricidal action of α-cyano-4-hydroxycinnamate (αCHC) on the cells of Dalton's lymphoma (DL), which is a murine T cell lymphoma. In-vitro treatment of the DL cells with αCHC resulted in the modulation of the biophysical p
PMID 22932131

Fluorone dyes have binding sites on both cytoplasmic and extracellular domains of Na,K-ATPase.

Havlíková M, Huličiak M, Bazgier V, Berka K, Kubala M.SourceDepartment of Biophysics, Faculty of Science, Palacký University in Olomouc, tř. 17. listopadu 12, 771 46 Olomouc, Czech Republic. Electronic address: marika.havlikova@upol.cz.
Biochimica et biophysica acta.Biochim Biophys Acta.2013 Feb;1828(2):568-76. doi: 10.1016/j.bbamem.2012.10.029. Epub 2012 Nov 8.
Combination of fluorescence techniques and molecular docking was used to monitor interaction of Na,K-ATPase and its large cytoplasmic loop connecting fourth and fifth transmembrane helices (C45) with fluorone dyes (i.e. eosin Y, 5(6)-carboxyeosin, rose bengal, fluorescein, and erythrosine B). Our da
PMID 23142565

Japanese Journal

Arbuscular mycorrhizae improve low temperature tolerance in cucumber via alterations in H₂O₂ accumulation and ATPase activity

Liu Airong,Chen Shuangchen,Chang Rui [他]
Journal of plant research 127(6), 775-785, 2014-11
NAID 40020256520

Adverse effect of sub-chronic exposure to benzo(a)pyrene and protective effect of butylated hydroxyanisole on learning and memory ability in male Sprague-Dawley rat

Liang Xiao,Tang Yan,Duan Li [他]
The Journal of toxicological sciences : an official journal of the Japanese Society of Toxicology 39(5), 739-748, 2014-10
NAID 40020232162

Guard Cell Chloroplasts Are Essential for Blue Light-Dependent Stomatal Opening in Arabidopsis

Suetsugu Noriyuki,Takami Tsuneaki,Ebisu Yuuta,Watanabe Harutaka,Iiboshi Chihoko,Doi Michio,Shimazaki Ken-ichiro
PLoS ONE 9(9), 2014-09-24
… RL enhanced phosphorylation levels of the H[+]-ATPase in response to BL, but this RL effect was not suppressed by DCMU. …
NAID 120005496641

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「100Cases 71」

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■症例

72歳　女性

現病歴：胸部の感染症にドキシサイクリンをGPに処方された。関節リウマチに長期間罹患しており、9年間、1日7mgのプレドニゾロンを服用している。関節痛のため時々パラセタモールを服用。GPが測定した血圧は138/82mmHgであった。抗菌薬を服用し始める2日前からはじまって5日間熱っぽく、食欲不振であり、ベットから動けないでいる。水は十分に飲ませている。5日目に傾眠傾向となり、起こすことが困難になったため、救急車で救急部に連れてきた。

主訴：傾眠

生活歴：単身。退職した娘が世話をするために引っ越してきている。

家族歴：なし。

身体所見 examination

　小柄である(50kgと評価された)が、最近になって体重が減少したということはない。体温38.8℃。眠たそうであり、命令には応じる。簡単な質問にしか答えない。全身性に筋緊張低下。局所神経症状無し。脈拍：118/min。血圧：104/68mmHg。頚静脈圧上昇せず。足首に腫脹無し。肺底部にcrackles(ラ音)とwheezes(笛音)を認める。関節にわずかに活動性の炎症と変形が認められる。これは関節リウマチの既往と合う所見である。

検査　 investigation

　ヘモグロビン：軽度低下。MCV：正常。白血球増多。ナトリウム低下。カリウム正常。尿素上昇。クレアチニン上昇。

問題0. □と○に入る言葉を述べよ

　1) 傾眠とは□□障害に含まれる

　2) 傾眠とは、刺激を与えなければ□□が低下するが、刺激を与えれば○○する状態である。

問題1. 患者に関連する以下の事項のうち何が傾眠と関係あるのだろうか？2つ選べ。

　1) ドキシサイクリンの副作用

　2) 関節リウマチの重症化

　3) プレドニゾロンの服用歴

　4) パラセタモールの服用歴

　5) 胸部感染症

問題2. 異常な検査所見をどう説明しますか？口頭で述べてください。ぶっちゃけ、やや低血圧であることと、ナトリウム低値が着目点です。腎機能低下は二次的なものです。