قياس<em> في المختبر</em> أتباز آخر لالأنزيمية توصيف
Summary
We describe a basic protocol for quantitating in vitro ATPase activity. This protocol can be optimized based on the level of activity and requirements for a given purified ATPase.
Abstract
الأدينوساين الإنزيمات hydrolyzing ثلاثي الفوسفات، أو ATPases، تلعب دورا حاسما في مجموعة متنوعة من الوظائف الخلوية. ويمكن لهذه البروتينات ديناميكية توليد الطاقة عن الأعمال الميكانيكية، مثل الاتجار البروتين وتدهور والنقل المذاب، والحركات الخلوية. بروتوكول الموصوفة هنا هو فحص أساسي لقياس النشاط في المختبر من ATPases تنقيته لتوصيف وظيفي. البروتينات يتحلل اعبي التنس المحترفين في رد الفعل الذي يؤدي إلى الإفراج الفوسفات غير العضوية، وكمية من الفوسفات تحرير ثم quantitated باستخدام مقايسة اللونية. هذا البروتوكول العالية للتكيف يمكن تعديلها لقياس النشاط أتباز في المقايسات الحركية أو نقطة النهاية. ويرد بروتوكول التمثيلي هنا على أساس النشاط ومتطلبات EpsE، تشارك AAA + أتباز في النوع الثاني إفراز في بكتيريا ضمة الكوليرا. كمية من البروتين النقي اللازمة لقياس النشاط ومدة الفحص وتوقيت وعدد من سافترات mpling، العازلة وتكوين الملح، ودرجة الحرارة، والعوامل المشتركة، والمنشطات (إن وجدت)، وما إلى ذلك قد تختلف عن تلك المذكورة هنا، وبالتالي بعض التحسين قد تكون ضرورية. يوفر هذا البروتوكول إطارا أساسيا لATPases تميز ويمكن أن يؤديها بسرعة وتعديلها بسهولة عند الضرورة.
Introduction
ATPases are integral enzymes in many processes across all kingdoms of life. ATPases act as molecular motors that use the energy of ATP hydrolysis to power such diverse reactions as protein trafficking, unfolding, and assembly; replication and transcription; cellular metabolism; muscle movement; cell motility; and ion pumping1-3. Some ATPases are transmembrane proteins involved in transporting solutes across membranes, others are cytoplasmic and may be associated with a biological membrane such as the plasma membrane or those of organelles.
AAA+ ATPases (ATPases associated with various cellular activities) make up a large group of ATPases that share some sequence and structural conservation. These proteins contain conserved nucleotide binding motifs such as Walker-A and -B boxes and form oligomers (generally hexamers) in their active state1. Large conformational changes in these proteins upon nucleotide binding have been characterized among diverse members of the AAA+ family. EpsE is a AAA+ ATPase and member of the bacterial Type II/IV secretion subfamily of NTPases4-6. EpsE powers Type II Secretion (T2S) in Vibrio cholerae, the causative agent of cholera. The T2S system is responsible for the secretion of a wide variety of proteins, such as the virulence factor cholera toxin that causes profuse watery diarrhea when V. cholerae colonizes the human small intestine7.
Techniques for quantitating in vitro ATPase activity are varied, but commonly measure phosphate release using colorimetric, fluorescent, or radioactive substrates8-11. We describe a basic method for determining in vitro ATPase activity of purified proteins using a colorimetric assay based on a commercially available malachite green-containing substrate that measures liberated inorganic phosphate (Pi). At low pH, malachite green molybdate forms a complex with Pi and the level of complex formation can be measured at 650 nm. This simple and sensitive assay may be used to functionally characterize new ATPases and to evaluate the roles of potential activators or inhibitors, to determine the importance of domains and/or specific residues, or to assess the effect of particular treatments on enzymatic activity.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذا هو بروتوكول عام لقياس النشاط أتباز المختبر من البروتينات النقاء لتوصيف والكيمياء الحيوية. هذه الطريقة بسهولة الأمثل. على سبيل المثال، وضبط كمية من البروتين، العازلة والتراكيب الملح، ودرجة الحرارة، وتتراوح مدة الفحص وفترات (بما في ذلك زيادة عدد فترات) ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge funding from a National Institutes of Health grant RO1AI049294 (to M. S.).
Materials
| HEPES buffer | Fisher | BP310-500 | |
| Sodium chloride | Fisher | BP358-212 | |
| Magnesium chloride | Fisher | BP214-500 | |
| Adenosine triphosphate (ATP) | Fisher | BP41325 | |
| 96-well plates (clear, flat-bottom) | VWR | 82050-760 | |
| BIOMOL Green | Enzo Life Sciences | BML-AK111 | Preferred phosphate detection reagent. Caution: irritant. |
| Microplate reader | BioTek Synergy or comparable | ||
| Prism 5 | GraphPad Software | ||
References
- Hanson, P. I., Whiteheart, S. W. AAA+ proteins: have engine, will work. Nat Rev Mol Cell Biol. 6 (7), 519-529 (2005).
- Baker, T. A., Sauer, R. T. ClpXP, an ATP-powered unfolding and protein-degradation machine. Biochimica et Biophysica Acta. 1823 (1), 15-28 (2012).
- Maxson, M. E., Grinstein, S. The vacuolar-type H+-ATPase at a glance – more than a proton pump. J Cell Sci. 127 (23), 4987-4993 (2014).
- Planet, P. J., Kachlany, S. C., DeSalle, R., Figurski, D. H. Phylogeny of genes for secretion NTPases: Identification of the widespread tadA subfamily and development of a diagnostic key for gene classification. Proc Natl Acad Sci U S A. 98 (5), 2503-2508 (2001).
- Robien, M. A., Krumm, B. E., Sandkvist, M., Hol, W. G. J. Crystal Structure of the Extracellular Protein Secretion NTPase EpsE of Vibrio cholerae. J Mol Biol. 333 (3), 657-674 (2003).
- Camberg, J. L., Sandkvist, M. Molecular analysis of the Vibrio cholerae type II secretion ATPase EpsE. J Bacteriol. 187 (1), 249-256 (2005).
- Sandkvist, M. Type II secretion and pathogenesis. Infect Immun. 69 (6), 3523-3535 (2001).
- Brune, M., Hunter, J. L., Corrie, J. E. T., Webb, M. R. Direct, Real-time measurement of rapid inorganic phosphate release using a novel fluorescent probe and its application to actomyosin subfragment 1 ATPase. 생화학. 33 (27), 8262-8271 (1994).
- Carter, S. G., Karl, D. W. Inorganic phosphate assay with malachite green: An improvement and evaluation. J Biochem Biophys Methods. 7 (1), 7-13 (1982).
- Henkel, R. D., VandeBerg, J. L., Walsh, R. A. A microassay for ATPase. Anal Biochem. 169 (2), 312-318 (1988).
- Harder, K. W., Owen, P., Wong, L. K. H., Aebersold, R., Clark-Lewis, I., Jirik, F. R. Characterization and kinetic analysis of the intracellular domain of human protein tyrosine phosphatase β (HPTP β) using synthetic phosphopeptides. Biochem J. 298 (2), 395-401 (1994).
- Camberg, J. L., Johnson, T. L., Patrick, M., Abendroth, J., Hol, W. G., Sandkvist, M. Synergistic stimulation of EpsE ATP hydrolysis by EpsL and acidic phospholipids. EMBO J. 26 (1), 19-27 (2006).
- McLaughlin, S. H., Smith, H. W., Jackson, S. E. Stimulation of the weak ATPase activity of human Hsp90 by a client protein. J Mol Biol. 315 (4), 787-798 (2002).
- Shiue, S., Kao, K., Leu, W., Chen, L., Chan, N., Hu, N. XpsE oligomerization triggered by ATP binding, not hydrolysis, leads to its association with XpsL. EMBO J. 25 (7), 1426-1435 (2006).
- Ghosh, A., Hartung, S., van der Does, C., Tainer, J. A., Albers, S. V. Archaeal flagellar ATPase motor shows ATP-dependent hexameric assembly and activity stimulation by specific lipid binding. Biochem J. 437 (1), 43-52 (2011).
- Savvides, S. N., et al. VirB11 ATPases are dynamic hexameric assemblies: new insights into bacterial type IV secretion. EMBO J. 22 (9), 1969-1980 (2003).
- Sanghera, J., Li, R., Yan, J. Comparison of the luminescent ADP-Glo assay to a standard radiometric assay for measurement of protein kinase activity. Assay Drug Dev Techn. 7 (6), 615-622 (2009).
- Sherman, D. J., et al. Decoupling catalytic activity from biological function of the ATPase that powers lipopolysaccharide transport. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (13), 4982-4987 (2014).
- Zhang, X., et al. Altered cofactor regulation with disease-associated p97/VCP mutations. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (14), E1705-E1714 (2015).
- Rowlands, M. G., Newbatt, Y. M., Prodromou, C., Pearl, L. H., Workman, P., Aherne, W. High-throughput screening assay for inhibitors of heat-shock protein 90 ATPase activity. Anal Biochem. 327 (2), 176-183 (2004).
