Thapsigargin is a specific antagonist of SR/ER-type $Ca^{2+}-ATPase$ in animal tissue, and it was used to characterize the microsomal ATPases prepared from the roots of tomato. When $10\;{\mu}M$ thapsigargin was added, it inhibited the microsomal ATPase activity by 30%. The thapsigargin-induced inhibition was dose-dependent. Since the activity of $Ca^{2+}-ATPase$ is very low in the roots of tomato tissue, it is possible that thapsigargin inhibits the activities of major $H^+-ATPases$ located in plasma and vacuolar membranes. The inhibitory effect of thapsigargin was reduced when the vacuolar $H^+-ATPase$ activity was inhibited by ${NO_3}^-$. However, the effect of thapsigargin was not observed on the $H^+-ATPase$ activity located in the plasma membrane. These results suggest that thapsigargin inhibits the vacuolar $H^+-ATPase$ activity in the roots of tomato.
Microsomes of tomato roots were prepared and the activities of microsomal ATPases were measured in order to understand the molecular mechanisms of various ion transports. The activities of plasma membrane $H^+-ATPase$ and vacuolar $H^+-ATPase$ were evaluated to ${\sim}30%$ and ${\sim}38%$ of total microsomal ATPase activity by using their specific inhibitor, vanadate and nitrate $(NO^-_3)$, respectively. The inhibitory effects of vanadate and $NO^-_3$ were additive and the simultaneous additions of these two inhibitors decreased the total activity up to $50{\sim}70%$. The microsomal ATPase activity was regulated key pH and the maximal activity was obtained at pH 7.4. The activity of microsomal ATPase was increased by $K^+$ up to ${\sim}30%$ at the concentration of $K^+$ above 10 mM. However, the $K^+-induced$ increase in the activity was completely inhibited by the simultaneous addition of $Na^+$. To identify the ATPase activity regulated by $K^+$, the effects of specific inhibitors were measured. Vanadate and $NO^-_3$ inhibited total ATPase activity by 27% and 32% in the absence, of $K^+$ and by 27% and 40% in the presence of 120 mM $K^+$, respectively. These results suggest that $K^+$ increases the activity of $NO^-_3-sensitive$ vacuolar $H^+-ATPase$ but not that of vanadate-sensitive plasma membrane $H^+-ATPase$ since vanadate has no effect on $K^+-induced$ increase in ATPase activity. The microsomal ATPase activity was also decreased by increasing $Ca^{2+}$ concentration. Interestingly, $NO^-_3$ blocked the $Ca^{2+}-induced$ inhibition of microsomal ATPase activity; however, vanadate had no effect. These results imply that vacuolar $H^+-ATPase$ is activated by $K^+$ and inhibited by $Ca^{2+}$.
Studies on the effects of vanadate for Na-K-ATPase activity were carried out with rabbit renal cortex. 1) Na-K-ATPase activity was inhibited with the concentrations of vanadate in incubation medium. The vanadate concentration at which activity was inhibited by 50%$(ID_{50})$ was $10^{-6}M$ and Hill coefficient was 1.00. 2) The fractional inhibition by constant concentration of vanadate decreased with increasing enzyme concentration. 3) Increasing $K^+$ and $Na^+$ concentrations in incubation medium diminished the ability to inhibit Na-K-ATPase by vanadate whereas increasing $K^+$ and $Mg^{2+}$ concentrations potentiated the inhibition of Na-K-ATPase by vanadate. 4) Vanadate didn't inhibit Na-K-ATPase at pH 6.6. Increasing pH potentiated the inhibition of Na-K-ATPase activity. 5) Vanadate inhibited Na-K-ATPase activity reversibly in all range of concentrations in dilution experiment. These results show that vanadate inhibits Na-K-ATPase activity with interacting at $KE_2$ state reversibly.
Ki, Mi-Ran;Yun, Soon-Kyu;Lim, Wang-Jin;Hong, Bum-Shik;Hwang, Se-Young
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.9
no.4
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pp.414-421
/
1999
Helicobacter pylori were found to be resistant to azide but sensitive to vanadate, suggesting that defect in the P-type ATPase activity rather than F-type ATPase would be lethal to cell survival or growth. To elucidate the relationship between this enzyme inhibition and H. pylori death, we determined the effect of omeprazole (OMP) plus vanadate on enzyme activity and cell growth. The minimum inhibitory concentration (MIC; ca. 0.8$\mu$mol/disk) of vanadate for H. pylori growth was lowered over l0-fold with the aid of OMP, whereby its inhibitory potential toward the P-type ATPase activity was diametrically increased. Alternatively, we found that this enzyme activity was essential for active transport in H. pylori. From these observations, we strongly suggest that the immediate cause of the growth inhibition of H. pylori cells with OMP and/or vanadate might be defective in the cell's active transport due to the lack of P-type ATPase activity. From the spectral data with circular dichroism (CD) spectroscopy, we found that activated OMP (OAS) at concentration below MIC did not disrupt helical structures of membrane proteins. Separately, we determined the cytopathic effect of OAS by SDS-PAGE, indicating the change in the production of cytoplasmic protein but not cell membrane.
$H^+-ATPase$ located on plasma and vacuolar membranes play major roles in various cellular physiological processes. In order to investigate the physiological roles of $H^+-ATPase$, microsomes were prepared from tomato roots and the effects of various anions were measured on the activities of $H^+-ATPase$. $H^+-ATPase$ was inhibited by various anions. Citrate and phosphate were chosen to investigate detailed inhibitory mechanisms on $H^+-ATPase$ since they showed different levels of inhibition. Inhibitory effect of citrate was observed at the concentrations above 3 mM. When 20 mM citrate was added, the ATPase activity was decreased by 50-60%. However, the inhibitory effect of citrate was decreased by increasing the concentration of$Mg^{2+}$ The citrate-induced inhibited activity was recovered by the addition of $Mg^{2+}$ Addition of 7 mM $Mg^{2+}$ completely removed the inhibitory effect of citrate and the activity recovered to the level of the control experiment. These results imply that citrate chelates $Mg^{2+}$ and thus inhibits $H^+-ATPase$. Meanwhile, the inhibitory effect of phosphate was observed at the concentration above 3 mM and the activity was decreased by 50% in the presence of 30 mM phosphate. Further addition of $Mg^{2+}$ showed no recovery on the activity. These results imply that the inhibitory effect of phosphate is not dependent upon the concentration of $Mg^{2+}$.
The effects of ginseng saponin on the activity, phosphorylation, [$^{3}$H] ouabain binding and light scattering (disruption) of purified $Na^{+}$ ,$K^{+}$ -ATPase isolated from the outer medulla of sheep kidney were compared to those of gypsophila saponin, sodium dodecylsulfate (SDS), and Triton X-100 on the same parameters. $Na^{+}$ , $K^{+}$ -ATPase activity, phosphorylation, and [$^{3}H$] ouabain binding were inhibited by ginseng saponin (triol>total>diol), SDS, or Triton X-100, but increased by gypsophila saponin. Low doses of ginseng saponin (3.mu.g saponin/.mu.g protein) decreased phosphorylation sites and ouabain binding site concentration (Bmax) without any change of turnover number and affinity for ouabain binding which were decreased by high dose of ginseng saponin (over 10.mu.g saponin/.mu.g protein), SDS or Triton X-100. On the other hand, gypsophila saponin increased the affinity without any change of Bmax for ouabain binding. Inhibition of $Na^{+}$ ,$K^{+}$ -ATPase activity by ginseng saponin and SDS or Triton X-100 appeared before and after decrease in light scattering, respectively. These data suggest that ginseng saponins (total, diol, triol saponin) inhibit $Na^{+}$ , $K^{+}$ -ATPase activity by specific direct and general detergent action at low and high concentrations, respectively, and this inhibitory action of ginseng sapornin to $Na^{+}$ , $K^{+}$ -ATPase is not general action of all saponins.
The effect of Sam Hwa San on the Na-K-ATPase activity was evaluated in microsomal fraction prepared from rabbit cerebral cortex to determine whether Sam Hwa San affects Na-K-ATPase activity of nervous system. Sam Hwa San markedly inhibited the Na-K-ATPase activity in a dose-dependent manner with an estimated $I_{50}$ of 0.12%. Optimal pH for the Na-K-ATPase activity was at 7.5 in the presence or absence of Sam Hwa San. The degree of inhibition by the drug more increased at acidic and alkalic pHs than neutral pH. Kinetic studies of substrate and cationic activation of the enzyme indicate classic noncompetitive inhibition fashion for ATP, Na and K, showing significant reduction in Vmax without a change in Km. Dithiothreitol, a sulfhydryl reducing reagent, partially protects the inhibition of Na-K-ATPase activity by Sam Hwa San. Combination of Sam Hwa San and ouabain showed higher inhibition than cumulative inhibition. These results suggest that Sam Hwa San inhibits Na-K-ATPase activity in central nervous system by reacting with, at least a part, sulfhydryl group and ouabain binding site of the enzyme protein, but with different binding site from those of ATP, Na and K.
Furo[3,2-h]quinoline derivatives were synthesized as a gastric $H^+$/$K^+$-ATPase inhibitors. The oxycyclization of 7 and 8-positions in quinoline potentiated the inhibitory activity, while no significant changes in biological activity were observed by the variation of substituents in furan ring. The several furo[3,2-h]quinoline derivatives were worthy of in vivo investigation for their anti-secretory and anti-ulcer activity.
Kim, Hee-Joong;Hwang, Ae-Ran;Park, Yang-Saeng;Kang, Doo-Hee
The Korean Journal of Physiology
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v.11
no.2
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pp.1-7
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1977
The activity of the $Ca^{++}$ activated adenosinetriphosphatase (Ca-ATPase) of actomyosin systeme of rabbit and frog skeletal muscle has been studied at varying pH and temperature. The PH optima of the Ca-ATPase activity of the rabbit actomyosin was rather broad. Over the temperature range of $16-36^{\circ}C$ activity of the enzyme was not appreciably changed between pH 6.4-8.5; below and above which it rapidly reduced. The pH at the inflection point of the enzyme activity increased as temperature decreased, showing the ${\bigtriangleup}pH\;inflection/{\bigtriangleup}T$ of approximately $-0.018\;unit/^{\circ}C$. Consequently, $(OH^-)/(H^+)$ ratio at the inflection point was constant regardless of assay temperature. In the frog actomyosin systems the Ca-ATPase activity was not apparently altered between PH 6.4-7.0 when the incubation temperature was $15{\sim}30^{\circ}C$. Outside of this range of pH, however, the enzyme activity was dramatically decreased. The pH of the inflection point changed inversely with temperature. ${\bigtriangleup}pH\;inflection/{\bigtriangleup}T$ at the acidic side was approximately $-0.018\;unit/^{\circ}C$, whereas that at the alkaline side it was about $-0.037\;unit/^{\circ}C$. The Arrhenius Plot on the Ca-ATPase activity at constant $(OH^-)/(H^+)$ ratio of 1.0 was not linear, but showed break at arround $20^{\circ}C$ for both rabbit and frog actomyosin Preparations. From these results it was speculated that pH dependence of Ca-ATPase activity of rabbit actomyosin systems might reflect titrations of histidine-imidazole and -SH groups, and that of the frog actomyosin represents titrations of histidine-imidazole and lysyllysine ${\alpha}-NH_2$ groups.
The effect of vanadate on the optimum pH of Na-K-ATPase was investigated. The results were as follows: 1) The optimum PH of Na-K-ATPase was shifted from PH 7.4 to 6.8 at 10 mM K by $5{\times}10^{-6}M$ vanadate. 2) The ratio of Na-K-ATPase activity at pH 6.8 and 7.4 increased with increasing vanadate concentration. 3) Inspite of the presence of $5{\times}10^{-6}M$ vanadate Na-K-ATPase activity at pH 7.4 was higher than that at pH 6.8 below 50 mM $Na^+$, and the ratio of Na-K-ATPase activity at pH 7,4 and 6.8 was higher than that of the control. 4) Na-K-ATPase activity at pH 7.4 was higher than that at pH 6.8 below 7mM $K^+$. 5) Optimum pH of Na-K-ATPase activity was shifted from pH 7.4 to 6.8 by $10^{-5}M$ vanadate at 5 mM $K^+$. 6) $K^+$-pNPPase activity increased with lowering of pH, and the degree of inhibition of $K^+$-pNPPase activity by $10^{-7}$M vanadate was decreased with lowering of pH. These results suggest that vanadate shifts the optimum pH of Na-K-ATPase activity to more acidic PH than PH 7.4. This effect may not be caused by the decrease in the inhibitory potency of vanadate itself to Na-K-ATPase by the change of medium pH, but mainly by the alteration of Na-and K-binding site, which appears in the presence of vanadate only.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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