生物膜能量偶联ATP酶的比较研究——Ⅱ.鼠肝线粒体ATP酶(F_1)与人原发性肝癌线粒体内膜的杂交重组及其对肝癌发生的遗传控制的初步分析

1974到1975年,我们用人原发性肝癌细胞的线粒体内膜进行ATP酶活力测定,结果证明人肝癌线粒体ATP酶活力极低(0.04～0.1微克分子/分/毫克蛋白)只相当于正常大鼠线粒体的1/10～1/25(0.49～1.07微克分子/分/毫克蛋白)。Walker肉瘤和人肝硬变组织的线粒体与人肝癌的酶活力相近。电镜负染标本观察证明肝癌线粒体内膜大部分失去特征性的直径为90(?)的ATP酶颗粒,表现为光滑膜。ANS萤光探针的发射萤光光谱测定和2,4-二硝基酚的激活试验均证明人肝癌细胞线粒体内膜的ATP酶大量消失是肝癌细胞的特征之一。用提取的大鼠肝线粒体ATP酶(F_1)与人肝癌线粒体内膜进行人工杂交重组,结果证明,重组后的杂交膜的ATP酶活力比人肝癌线粒体内膜高6～11倍;寡霉素敏感性也显著提高。电镜负染标本观察表明杂交膜出现了典型的直径为90(?)的ATP酶的颗粒形态;ANS萤光增强效应测定证明杂交膜的萤光强度比肝癌膜高276%(相对单位);0℃低温处理2小时,ANS萤光强度不变;酶活力在0℃2小时后,仍相当于原来活力的90%。此项试验结果证明杂交重组获得成功。鼠肝线粒体ATP酶与人肝癌线粒体内膜杂交后的特性表现了与天然线粒体内膜的ATP酶的一系列相似的特性。讨论了ATP酶复合体杂交重组试验在探索肝癌发生与细胞中两个遗传系统控制的可能关系问题。     

生物膜能量偶联 ATP 酶的研究:鼠肝线粒体 ATP 酶(F_1)的解离和重组

纯化的鼠肝线粒体ATP 酶(F_1)在1MKCl-TEA 缓冲液(Tris-SO_4~-,50mM;EDTA,1mM;ATP,2mM;pH=7.6)中,2～3℃下处理40～90分钟丧失ATP 水解活力,比活力从70～100下降到0.5～1.0。7%聚丙烯酰胺凝胶电泳证明,随着酶活力的下降和F_1的电泳酶带的消失,在凝胶柱上出现三条F_1的解离蛋白带。解离后的F_1于30℃对TEA(pH5.7)介质透析脱盐能重新出现有活力的F_1,活力恢复到原来酶活力的19～22%,此种重组的F_1在pH 中性偏碱条件下保持稳定。重组过程不需外加Mg~( )的促进和SH 基的保护。重组的F_1与去F_1的Tu 膜可重新结合,完全恢复原来线粒体内膜的ATP 酶水解活力和对DCCD 的敏感性。     

生物膜能量偶联ATP酶的研究:鼠肝线粒体ATP酶(F_1)~*的解离和重组

纯化的鼠肝线粒体ATP酶(F_1)在1MKCl-TEA缓冲液(Tris-So_4~-,50mM;EDTA,1mM;ATP,2 mM;pH=7.6)中,2～3℃下处理40～90分钟丧失ATP水解活力,比活力从70～100下降到0.5～1.0。7%聚丙烯酰胺凝胶电泳证明,随着酶活力的下降和F_1的电泳酶带的消失,在凝胶柱上出现三条F_1的解离蛋白带。解离后的F_1于30℃对TEA(pH5.7)介质透析脱盐能重新出现有活力的F_1,活力恢复到原来酶活力的19～22%,此种重组的F_1在pH中性偏碱条件下保持稳定。重组过程不需外加Mg~( )的促进和SH基的保护。重组的F_1与去F_1的Tu膜可重新结合,完全恢复原来线粒体内膜的ATP酶水解活力和对DCCD的敏感性。     

猪心线粒体F_1-ATP酶的水解活性与色、酪氨酸残基相关的构象的关系

线粒体H~ -ATP酶具有双向功能,即ATP的合成与ATP的水解。H~ -ATP酶的头部F_1具有催化这二种功能的活性部位,F_1的活性表现位与它结合核苷酸的类型、数目以及亲和力有关。至于F_1分子活性部位中什么结构与这两种功能有关,目前尚不肯定。自1960年以来关于线粒体F_1的水解功能与其结构中氨基酸残基关系的研究,多采用特异的化学试剂去修饰某些氨基酸残基,然后测其水解活力被抑制的情况。Senior认为不是含—SH基的半胱氨酸而是酪氨酸残基,还可能包括色氨酸残基与ATP的水解有关。也有报道认为是与组氨酸、谷氨酸或精氨酸残基有关。现在蛋白质结构     

线粒体ATP合酶抑制因子(ATPIF1)在能量代谢中的作用

线粒体是真核细胞中动态双层膜结构的细胞器,由外至内可以划分为四个功能区,分别是线粒体外膜(OMM),线粒体膜间隙,线粒体内膜(IMM)和线粒体基质。在线粒体内膜上的复合体V(complex V)即为ATP合酶,其主要功能是合成ATP。实际上,ATP合酶既合成也水解ATP,对细胞ATP水平有双向调节作用。ATP合酶的活性受抑制因子(ATPIF1)的调节。ATPIF1与ATP合酶结合后,对其ATP合成和水解功能进行抑制,从而影响线粒体和细胞内ATP水平。ATPIF1活性受到组氨酸质子化状态和丝氨酸磷酸化修饰的调节。在缺氧,交感神经兴奋和肿瘤等条件下,ATPIF1发挥重要代谢调节作用,但其在代谢紊乱疾病中的作用尚不明确。本文在综述ATPIF1文献的基础上,对其在糖脂代谢紊乱疾病中的作用进行分析及展望。     

园二色性光谱研究不同醇对猪心线粒体F_1-ATP酶和H~+-ATP酶复合体构象及其与水解活力的关系

本文测定了ATP酶复合体和F_1—ATP酶(简称F_1)在低浓度甲、乙、正丙、异丙、叔丁醇中的远紫外圆二色(CD)光谱。并且比较了二者受这些醇作用时的水解活力变化。 结果表明:除10％—20％正丙醇。20％的乙醇。异丙醇和叔丁醇使F_1的CD双负峰明显变小。α螺旋量减少外其它5％—20％的各种醇均可使F_1的CD谱双负峰略微变大。α—螺旋量也相应变大。而外加5％—20％的各种醇对ATP酶复合体的CD谱影响不大。α—螺旋量也无明显变化。同时发现ATP酶复合体的水解活力不易受这些醇影响,而F_1的水解活力容易受醇类影响。显然,与游离的F_1相比,ATP酶复合体中疏水蛋白(F_0)及部分磷脂的存在,使其构象及水解功能均呈现了对醇的稳定性。水介活性与CD变化之间的关系文中作了讨论。     

蛋白质嵌入脂质体的研究——Ⅱ.猪心线粒体腺三磷酶复合体在脂质体上进行重组的研究

本文报导从猪心线粒体内膜腺三磷酶复合体拆离疏水蛋白(基部、F_0),成功地与偶联因子F_1组装在脂质体上。并比较了疏水蛋白嵌入脂质体的三种方法(超声法、胆酸盐稀释法、胆酸盐透析法)的重组效果。(1)摸索了从线粒体、亚线粒体提取活力较高的疏水蛋白(F_0)的最适条件。当F_0嵌入脂质体后,腺三磷酶水解活力增高4～6倍,并表现出对寡霉素敏感的特性,酶活力受寡霉素抑制约50%左右。(2)将可溶性腺三磷酶(F_1)与嵌有F_0的脂质体(LF_0)进行重组,~(32)Pi-ATP交换活力、腺三磷酶水解活力以及萤光强度的增加都表明重组获得成功。(3)根据腺三磷酶抑制剂(寡霉素、二环己基碳二亚胺)和解偶联剂(碳酰氰-P-三氟甲氧苯腙)等对重组后上述各项指标的影响,也都表明重组获得成功。(4)对三种嵌入方法(超声、胆酸盐稀释法、胆酸盐透析法)的重组效果进行了比较。实验结果表明,各项指标的表现往往并不一致,重组后~(32)Pi-ATP交换活力以超声法为最高,胆酸盐透析法交换活力最低。     

蛋白质嵌入脂质体的研究——Ⅱ.猪心线粒体腺三磷酶复合体在脂质体上进行重组的研究

本文报导从猪心线粒体内膜腺三磷酶复合体拆离疏水蛋白(基部、F_0),成功地与偶联因子F1组装在脂质体上。并比较了疏水蛋白嵌入脂质体的三种方法(超声法、胆酸盐稀释法、胆酸盐透析法)的重组效果。(1)摸索了从线粒体、亚线粒体提取活力较高的疏水蛋白(F_0)的最适条件。当F_0嵌入脂质体后,腺三磷酶水解活力增高4～6倍,并表现出对寡霉素敏感的特性,酶活力受寡霉素抑制约50%左右(2)将可溶性腺三磷酶(F_1)与嵌有F_0的脂质体(LF_0)进行重组,~(32)pi-ATP 交换活力、腺三磷酶水解活力以及萤光强度的增加都表明重组获得成功。(3)根据腺三磷酶抑制剂(寡霉素、二环己基碳二亚胺)和解偶联剂(碳酰氰-P-三氟甲氧苯腙)等对重组后上述各项指标的影响,也都表明重组获得成功。(4)对三种嵌入方法(超声、胆酸盐稀释法、胆酸盐透析法)的重组效果进行了比较。实验结果表明,各项指标的表现往往并不一致,重组后~(32)Pi-ATP 交换活力以超声法为最高,胆酸盐透析法交换活力最低。     

辣根过氧化物酶同功酶B、C构象的毫微秒萤光研究

本文利用1,8-ANS作萤光探针,通过毫微秒萤光技术研究了辣根过氧化物酶的同功酶B、C(文中以HRP(B)、HRP(C)表示)的构象,测得ANS和脱辅基HRP(B)、HRP(C)复合物的萤光寿命分别为19.6毫微秒和17.7毫微秒(即10~(-9)秒,用ns表示),从而证实同功酶B、C分子中确有较强的疏水区域,且这个疏水区域就在分子中血红素(heme)的结合区附近。通过萤光寿命的测定和研究,我们发现,HRP(B)、HRP(C)分子中的疏水区域的疏水性比牛血红蛋白分子中的要弱,比肌红蛋白分子中的要强;HRP(B)的疏水区的疏水性要略强于HRP(C)的。我们还研究了溶液的pH条件及不同浓度的脲对该疏水区构象的影响,观察到一个颇有意思的现象,即和牛血红蛋白一样,1Mal.的脲使血红素结合区的疏水性增强,1Mal.以上浓度的脲却使该区域疏水性减弱。在不同的pH条件下,血红素结合区域的疏水性亦有变化,其中,pH7条件下该区的疏水性最强。     

Mg~（2＋）促进线粒体H~＋－ATP酶的重建机理──H~＋－ATP酶复合体亚基水平的研究

用专一性标记蛋白质巯基（－ＳＨ）的荧光探剂ａｃｒｙｌｏｄａｎ测定含Ｍｇ２＋的Ｆ０－ＡＴＰ酶或Ｆ０－ＯＳＣＰ－Ｆ１－ＡＴＰ酶的脂酶体的构象与无Ｍｇ２＋者明显不同,前者的蛋白质的－ＳＨ基团处于疏水性更强的微环境中;在有Ｍｇ２＋和ＯＳＣＰ同时存在下重建的Ｆ０－Ｆ１－ＡＴＰ酶脂酶体较无ＯＳＣＰ者表现更高的水解活力或膜电位,表明ＯＳＣＰ增强Ｍｇ２＋的促进作用,这进一步提示Ｍｇ２＋通过改变膜脂的物理状态促进线粒体Ｈ＋－ＡＴＰ酶重建的间接作用。这些实验结果,从线粒体Ｈ＋－ＡＴＰ酶复合体的亚基水平的相关性上,对于我们提出的Ｍｇ２＋通过改变膜脂的物理状态使之具有合适的流动性,诱导嵌入脂双层的Ｈ＋－ＡＴＰ酶复合体的Ｆ０的构象发生变化并传递至复合体的催化中心Ｆ１,从而使重建Ｆ１－Ｆ０－ＡＴＰ酶具有较适合的蛋白构象,表现较高的重建酶活性的假设提供了直接的实验证据,精确地阐明了Ｍｇ２＋促进线粒体Ｆ０－Ｆ１－ＡＴＰ酶重建作用的分子机理。     

钙离子ATP酶SERCA1a的结构与功能研究进展

兔成年骨骼肌型肌浆网-内质网钙离子转运ATP酶(adult skeletal sarco-endoplasmic reticulum Ca2+-transporting ATPase,SERCA1a)是结构与功能研究得最好的膜蛋白之一,可利用ATP水解释放的能量,逆浓度梯度将胞浆内钙离子转运入内质网钙库,保证骨骼肌收缩舒张的正常进行。近年来,X-射线晶体衍射分析获得的数十个高分辨率晶体结构提供的结构信息,结合生化检测获得的重要氨基酸残基突变对SERCA1a反应循环动力学的影响,使对SERCA1a分子构象的周期性变化以及SERCA1a如何转运钙离子、自身磷酸化与去磷酸化等重要过程的理解更加清晰且深入。SERCA1a结构与功能的研究进展对P型离子转运ATP酶的基础与应用研究具有指导意义与促进作用。     

不同细胞来源的F_1-腺三磷酶的进化比较

由于F_1-ATP酶广泛分布于真核细胞的线粒体膜、叶绿体膜以及原核细胞的质膜上,我们用免疫学方法将猪心F_1-ATP 酶与牛心、鼠肝、酵母、玉米以及支原体的F_1或似F_1-ATP 酶作了进化比较,为此,我们以提纯的猪心F_1为抗原制备了抗猪心F_1的免疫抗血清,用Ouchterlony 双向免疫扩散以及免疫电泳鉴定了其效价及均一性,此抗血清能抑制猪心F_1-ATP 酶和猪心亚线粒体的H~ -ATP 酶活力达90%左右,此抗血清对不同真核细胞来源如牛心、鼠肝、酵母的F_1-ATP 酶或亚线粒体H~ -ATP酶呈现不同的抑制程度,即牛心>鼠肝>酵母,而对植物界的玉米线粒体膜以及支原体质膜上的ATP 酶活性不但不抑制反而提高。从这结果可看出F_1-ATP 酶活力被抑制的程度愈大,其亲缘关系愈近,也就是F_1分子结构愈相似,一般看来真核细胞与原核细胞间F_1-ATP 酶的分歧程度比不同真核细胞间的分歧程度要大得多。并且动植物间的分歧也很大。     

“非双层脂结构形成的倾向性”对猪心线粒体H~+-ATP酶活性的影响

1、PC+PE重组的线粒体H~+-ATP酶,ATP水解活力及其对寡酶素的敏感性,ATP诱导电位随非双层脂PE含量增加显著增大,当PE含量为60%-80%时ATP诱导电位达最高值.2、用PC+DOPE和PC+DEPE重组的脂酶体,前者的ATP诱导电位显著高于后者,但是两种脂酶体的ATP水解活性和寡霉素敏感性没有明显差别.3、降低PH可以促进PA形式非双层结构,PC+20%PA或大豆磷脂重组的脂酶体H~+-ATP酶活性随pH降低显著增高.4、PC+20%PA和大豆磷脂重组的脂酶体膜表层流动性随透析液PH降低而降低,5、综合上述结果.我们认为“非双层脂结构形成的倾向性”的加强,可能导致一种不稳定的或柔性的膜结构的出现,使得H~+-ATP酶呈现发挥其活性的最适构象.     

外源胆固醇对水稻根端线粒体ATP酶活力的影响

外源胆固醇无论是通过根系吸收或是直接与离体线粒体一起温育的方式,在试验浓度范围内均能提高水稻根端线粒体ATP酶的活力,同时观察到外源胆固醇能明显降低ATP酶表现活化能(Apparent activation energy,AEa)在Arrhenius图上的折点温度。其中通过根系吸收进入线粒体膜内后,其线粒体ATP酶AEa的两个折点温度由对照的27.7℃和15.5℃分别降低到24.5℃和12.7℃;直接与离体线粒体一起温育的两个折点温度分别降低到18.8℃和9.6℃。试验结果证明,适量的外源胆固醇不仅对水稻根端线粒体ATP酶活力具有明显的促进作用,而且对降低线粒体膜脂的相变温度也有明显的调节作用。     

胰蛋白酶处理对质膜H~ -ATPase钒酸钠抑制效应的影响

采用经蔗糖密度梯度法纯化的大豆 (GlycinemaxL .)下胚轴质膜微囊为材料 ,分析了胰蛋白酶处理对质膜H ATPase钒酸钠抑制效应的影响。实验结果显示 ,温和胰蛋白酶处理显著提高H ATPase的ATP水解活力。并且发现酶切处理降低了钒酸钠对ATPase的抑制效应 ,当钒酸钠浓度为 2mmol/L时 ,ATPase活力仅被抑制 5 3.49% ,而未经酶切的对照组则被抑制 6 4.13%。ATP水解动力学分析表明 ,胰蛋白酶酶切处理既不影响ATP水解的Km 值也不影响钒酸钠的抑制类型 ,酶切前后的Km 值都等于 0 .34mmol/L ,并且都属于反竞争抑制。以上结果显示胰蛋白酶酶切处理可能改变了磷酸酶结构域的结构而影响了钒酸钠的抑制效应 ,暗示C_末端调节着磷酸酶结构域的结构和功能     

ATPase旋转催化运动的随机跃迁动力学研究

ATP合酶既可在跨膜质子势的推动下催化合成ATP,也可以利用水解ATP释放的化学能而充当质子泵,把质子从线粒体基质中输送到内膜外侧,其能量转化效率却高得惊人,几乎达到100%。在旋转分子马达ATP合酶结构为基础上,结合随机主方程方法,提出了描述旋转分子马达ATPase合酶四态随机跃迁不等距旋转催化运动的理论模型;得到其角速度、扩散系数与ATP浓度之间的变化关系,并且得出了符合旋转分子马达生物机理的结果,定性半定量地解释了其动力学行为。     

乙醇对F_1-ATP酶和H~+-ATP酶的抑制与其核苷酸结合位点状态的关系

 本文利用动力学方法研究了乙醇对F_1-ATP酶和H~(+)-ATP酶复合体的抑制与其结合核苷酸位点状态的关系,结果表明天然情况下乙醇对F_1呈现反竞争性抑制类型,对H~(+)-ATP酶呈现非竞争性抑制类型,且乙醇对F_1和H~(+)-ATP酶的抑制与核苷酸结合位点的构象密切相关。游离状态下和膜结合状态下的F_1在部分结合的核苷酸被洗脱前后动力学行为的不同,反映了二种状态下的F_1具有不同的构象,且F_0和膜脂对F_1起着一定的调控作用。     

几种鱼类线粒体ATP酶活性的比较研究

本文比较了草鱼(Ctenopharyngodon idellus)瓦氏雅罗鱼(Leucisous waleckii)和鲮鱼(Cirrhinus molitorella)在常、低温驯养时,肝细胞线粒体ATP酶活性;并采用吐温80处理线粒体,观察其对线粒体ATP酶活化能Arrhenius图折点温度的影响,讨论了线粒体ATP酶活性与鱼类低温适应能力的相关性。认为鱼类线粒体ATP酶活化能折点温度在常、低温驯养时的差异程度和鱼的抗寒性能有关;低温驯养时,线粒体ATP酶活化能折点温度的高低和鱼的低温耐受能力有关。     

高等植物叶绿体ATP合酶ε亚基的结构与功能

ε亚基是叶绿体ATP合酶最小的一个亚基,有阻塞ATP合酶的质子通道和抑制其水解ATP活力的两种功能.用定点突变和缺失等分子生物学方法对ε亚基的结构功能进行了研究,结果表明:ε亚基42位上的苏氨酸(Thr42)对维持其结构和功能都很重要.与大肠杆菌ATP合酶相比,叶绿体ATP合酶ε亚基C端和N端的氨基酸残基缺失对其结构功能的影响更为敏感.     

高等植物叶绿体ATP合酶ε亚基的结构与功能

ε亚基是叶绿体ATP合酶最小的一个亚基,有阻塞ATP合酶的质子通道和抑制其水解ATP活力的两种功能。用定点突变和缺失等分子生物学方法对ε亚基的结构功能进行了研究,结果表明：ε亚基42位上的苏氨酸(Thr42)对维持其结构和功能都很重要。与大肠杆菌ATP合酶相比,叶绿体ATP合酶ε亚基C端和N端的氨基酸残基缺失对其结构功能的影响更为敏感。