アデノシン5′-三リン酸ホスファターゼ

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序論

アデノシン5′-トリホスファターゼ（adenosine 5′-triphosphatase）、アデノシンピロホスファターゼ、ATPモノホスファターゼ、トリホスファターゼは、ATPをADPおよび遊離リン酸イオンへ分解する反応（またはその逆反応）を触媒する酵素群である。この脱リン酸化反応によりエネルギーが放出され、酵素は（多くの場合）そのエネルギーを用いて、通常は自発的に進行しない他の化学反応を駆動する。このプロセスは、既知のあらゆる生命形態で広く利用されている。これらの酵素の一部は膜貫通型の内在性膜タンパク質（生体膜に固定）であり、通常は濃度勾配に逆らって膜を介して溶質を輸送する。これらは膜貫通型ATPアーゼ（transmembrane ATPases）と呼ばれる。

生化学的／生理学的作用

アデノシン5′-トリホスファターゼはATPをADPおよび無機リン酸（オルトリン酸）へ加水分解する。この加水分解過程は、形質膜を介したナトリウムイオンおよびカリウムイオンの交換を伴う。本酵素は高等生物のほぼ全ての組織に存在するが、糸球体濾液からナトリウムイオンを再吸収するため腎臓で最も豊富である。Na/K-ATPaseは細胞内カルシウムイオン濃度の変化の影響を受ける。また、バナジン酸塩および（in vitroにおいて）SPAI-1（ブタ十二指腸由来のペプチド）に感受性を示し、阻害される。アデノシン5′-トリホスファターゼは、プロテインキナーゼA（PKA）によるリン酸化により調節されることが示されている。この膜酵素はATPをADPおよび無機リン酸へ加水分解する。この加水分解過程は、形質膜を介したナトリウムイオンおよびカリウムイオンの交換を伴う。本酵素は高等生物のほぼ全ての組織に存在するが、糸球体濾液からナトリウムイオンを再吸収するため腎臓で最も豊富である。Na/K-ATPaseは細胞内カルシウムイオン濃度の変化の影響を受ける。プロテインキナーゼA（PKA）によるリン酸化により調節されることが示されている。

機能

アデノシン5′-トリホスファターゼは、代謝に必要な多くの物質を細胞内へ取り込み、毒性物質、代謝老廃物、ならびに細胞プロセスを阻害し得るその他の物質を細胞外へ排出する。例えば、ナトリウム-カリウムATPアーゼ（ナトリウム／カリウムイオンATPアーゼとも呼ばれる）は細胞内のナトリウム／カリウムイオン濃度を調節し、細胞の静止膜電位を維持する。また、プロトン-カリウムATPアーゼ（プロトン／カリウムイオンATPアーゼ、胃プロトンポンプとも呼ばれる）は胃内の酸性環境を維持する。アデノシン5′-トリホスファターゼの一部は膜の内外で電荷の移動（電流）を生じさせる一方、他のものは生じさせないため、これらの輸送タンパク質は電気原性（electrogenic）および非電気原性（non-electrogenic）に分類できる。

反応機構

ATP加水分解に共役したアデノシン5′-トリホスファターゼの反応は厳密に化学量論的であり、すなわちATPが1分子加水分解されるごとに、一定数の溶質分子が輸送される。Na/K-ATPaseでは、ATP1分子の加水分解によりナトリウムイオン3個が細胞外へ輸送され、同時にカリウムイオン2個が細胞内へ輸送される。膜貫通型アデノシン5′-トリホスファターゼはATP加水分解で生じるエネルギーを必要とする。これは、これらの酵素が仕事を行う必要があるためであり、熱力学的により起こりやすい方向に逆らって物質を輸送する。言い換えると、膜を基準として、低濃度側から高濃度側へ物質を輸送し得る。

応用

ATPアーゼはATPから無機リンを遊離させる目的で用いられる。ブタ大脳皮質由来ATPアーゼは、Na/K-ATPase活性の阻害アッセイに使用されている。