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腸内連鎖球菌(Enterococcus hirae)のV-ATPaseの構造。図中の赤線と青線は脂質二重膜。

V型ATPase(Vascuolar Type H⁺-ATPase、V-ATPase)とはプロトンポンプの一種であり、真核細胞内のリソソームやゴルジ体など細胞小器官の膜や細胞膜上に存在する。液胞型ATPaseとも呼ばれる。V-ATPaseは複数のサブユニットから形成されるタンパク質複合体であり、液胞内へのプロトン(H⁺)の取り込みに関与する。

分子構造及び発現

V-ATPaseの構造。緑色のタンパク質複合体がV0、ピンク色のものがV1である。

V-ATPaseは大きく分けてV0とV1の2つのセクターから構成される。その構造や機能はF-ATPaseと呼ばれるプロトンポンプと類似している。

V0セクター

V0は膜内在性であり、少なくとも4種類のサブユニットからなり、それぞれa,c,d及びeと呼ばれる。cサブユニットはそのアイソフォームであるc'及びc"と共にリング状の構造を形成し、細胞質側からみて左回りの回転をする。

aサブユニットにはa1-a4の4種類のアイソフォームが存在しており、発現する細胞や細胞内の分布が異なる。a1は広範に発現しているが、その他はそれぞれ限られた箇所に発現しており、a2は腎臓や肺、脾臓などに発現、a3は破骨細胞や腎に、a4は腎臓や内耳に発現が見られる。精巣上体や腎臓の細胞ではa2が細胞内の構造体に発現する一方で、a4は細胞膜上に発現している。

名称	遺伝子(ヒト)	分子量(kDa)	機能
a	ATP6V0A	100-116	イオンチャネル
c,c"	ATP6V0C,ATP6V0B	16,21	H+輸送を行う分子モーター
d	ATP6V0D	38	－
e	ATP6V0E	9	－

V1セクター

表在性のV1セクターはA-Hの8つの異なるサブユニットから作られている。AとBがそれぞれ3つずつ、計6つのタンパク質でリング状の構造を形成しており、AサブユニットはATPをADP及びピロリン酸に加水分解する働きがある。一方でBサブユニットにもATPの結合部位があり、ATP加水分解の制御に関わっていると考えられる。また、Bサブユニットにはアクチンが結合している。

BサブユニットにはB1とB2のアイソフォームが存在しており、上述のaサブユニットのうちa1,a2及びa4はB2と結合し、a4のみがB1と結合することが報告されている。

名称	遺伝子(ヒト)	分子量(kDa)	機能
A	ATP6V1A	70	ATPの加水分解
B	ATP6V1B	56
C	ATP6V1C	42	固定子
D	ATP6V1D	34
E	ATP6V1E	31	－
F	ATP6V1F	14	－
G	ATP6V1G	13	固定子
H	ATP6V1H	50

生理機能とその制御

細胞内の膜状構造に発現するV-ATPaseはオルガネラ内側へ水素イオンを取り込み、オルガネラ内部を酸性に保持する。V0サブユニットのaサブユニットには2つのイオンチャネルが存在し、細胞質側のイオンチャネルをプロトンが通過するとcサブユニットのうちのいずれかに結合する。cサブユニットで構成されるリングはプロトンを乗せたままATPのエネルギーに依存して時計回りにほぼ一回転し、aサブユニットのもうひとつのイオンチャネルへとプロトンを運ぶ。cサブユニットとATP結合部位の数から1つのATPにつき2つのプロトンを輸送するというのが妥当であると考えられている。

V-ATPaseの機能は以下のような機序により制御される。

• V-ATPase各サブユニットの発現制御
• V0/V1サブユニットの会合及び解離

V-ATPase阻害薬

• バフィロマイシン(Bafilomycin)
• コンカナマイシン(Concanamycin)
• アルカゾリド(Archazolid)
• アピクラレン(Apicularen)

出典

• 今堀 和友、山川 民夫 編集 『生化学辞典 第4版』 東京化学同人 2007年 ISBN 978-4-8079-0670-3