細菌のリン酸顆粒には、環状ポリリン酸塩が含まれています。31p固体NMRからの証拠

ポリリン酸塩（ポリープ）は、細菌から哺乳類までの生物の遍在性ポリマーです。それらは、エネルギー貯蔵からストレス反応まで、さまざまな生物学的機能を提供しています。過去20年間で、ポリープは主に鎖の長さが異なる線形ポリマーと見なされてきました。しかし、最近の生化学データは、[PO3]（ - ）の小さなメタリン酸塩、環状オリゴマーが酵素リボヌクレアーゼAおよびNADキナーゼに結合し、生物活性の生成物としてメタリン酸が自然に発生する可能性があるかどうかの疑問を提起できることを示しています。1980年代以前には、さまざまな生物から抽出されたポリープでメタリン酸が報告されていましたが、これらの結果は抽出および精製プロトコルのために人為的と見なされます。ここでは、非破壊31pソリッドステートNMR分光法を採用して、細胞全体のポリリン酸塩の化学構造と、バクテリアXanthobacter ototophicusの不溶性画分を調査します。等方性および異方性31p水和細胞の化学的シフトは、線形リン酸塩と環状リン酸の共存を示しています。細胞の成長条件と固体NMRサンプルの濃縮条件下では、X. autothicusでかなりの量の環状リン酸塩が見つかりました。細胞のメタリン酸は、既知の構造の合成メタリン酸の31P化学シフト異方性と比較することにより同定されます。In X. autotrophicus, the metaphosphates have a chemical shift anisotropy that is consistent with an average size of 3-8 phosphate units.These metaphosphates are enriched in insoluble and electron-dense granules.Xに添加された外因性ヘキサメタリン酸。独立栄養性細胞抽出物は、細胞内のメタリン酸の存在と生物学的役割を支持します。ここで初めて細菌細胞全体で報告されているメタリン酸の存在に関する決定的な証拠は、多くの生物におけるメタリン酸の生物学的機能の将来の調査への道を開きます。

Polyphosphates (polyPs) are ubiquitous polymers in living organisms from bacteria to mammals. They serve a wide variety of biological functions, ranging from energy storage to stress response. In the last two decades, polyPs have been primarily viewed as linear polymers with varying chain lengths. However, recent biochemical data show that small metaphosphates, cyclic oligomers of [PO3](-), can bind to the enzymes ribonuclease A and NAD kinase, raising the question of whether metaphosphates can occur naturally as products of biological activity. Before the 1980s, metaphosphates had been reported in polyPs extracted from various organisms, but these results are considered artifactual due to the extraction and purification protocols. Here, we employ nondestructive 31P solid-state NMR spectroscopy to investigate the chemical structure of polyphosphates in whole cells as well as insoluble fractions of the bacterium Xanthobacter autotrophicus. Isotropic and anisotropic 31P chemical shifts of hydrated whole cells indicate the coexistence of linear and cyclic phosphates. Under our cell growth conditions and the concentrated conditions of the solid-state NMR samples, we found substantial amounts of cyclic phosphates in X. autotrophicus, suggesting that in fresh cells metaphosphate concentrations can be significant. The cellular metaphosphates are identified by comparison with the 31P chemical shift anisotropy of synthetic metaphosphates of known structures. In X. autotrophicus, the metaphosphates have a chemical shift anisotropy that is consistent with an average size of 3-8 phosphate units. These metaphosphates are enriched in insoluble and electron-dense granules. Exogenous hexametaphosphate added to X. autotrophicus cell extracts is metabolized to trimetaphosphates, supporting the presence and biological role of metaphosphates in cells. The definitive evidence for the presence of metaphosphates, reported here in whole bacterial cells for the first time, opens the path for future investigations of the biological function of metaphosphates in many organisms.