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| アコニット酸ヒドラターゼ | |||||||||
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 [Fe 4 S 4 ]クラスターと複合体を形成した豚アコニターゼの図。タンパク質は二次構造によって色分けされており、鉄原子は青、硫黄原子は赤で示されています。[1] | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.2.1.3 | ||||||||
| CAS番号 | 9024-25-3 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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| アコニターゼファミリー （アコニチン酸ヒドラターゼ） | |||||||||
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 アコニターゼの構造。[2] | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | アコニターゼ | ||||||||
| パム | PF00330 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00423 | ||||||||
| SCOP2 | 1aco / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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アコニターゼ（アコニット酸ヒドラターゼ；EC 4.2.1.3）は、トリカルボン酸回路において、非酸化還元活性プロセスであるシス-アコニット酸を経由してクエン酸からイソクエン酸への立体特異的 異性化を触媒する酵素である。[3] [4] [5]
構造
このページの右端の構造に示されているアコニターゼは、活性化されているか不活性化されているかによって、わずかに異なる2つの構造を持っています。[6] [7]不活性型では、その構造は4つのドメインに分かれています。[6] N末端から数えて、これらのドメインの最初の3つだけが[3Fe-4S]クラスターと密接に相互作用しますが、活性部位は、より大きなC末端ドメインを含む4つのドメインすべての残基で構成されています。[6] Fe-SクラスターとSO2−4
...陰イオンも活性部位に存在する。[6]酵素が活性化されると、追加の鉄原子を獲得し、[4Fe-4S]クラスターが形成される。[7] [8]しかし、酵素の残りの部分の構造はほとんど変化せず、2つの形態間で保存された原子は、0.1オングストロームの差まで、基本的に同じ位置にある。[7]
関数
電子キャリアとして機能する大多数の鉄硫黄タンパク質とは対照的に、アコニターゼの鉄硫黄クラスターは酵素基質と直接反応します。アコニターゼは活性な [Fe 4 S 4 ] 2+クラスターを持ち、これは不活性な [Fe 3 S 4 ] +形態に変換される可能性があります。3 つのシステイン(Cys) 残基は [Fe 4 S 4 ] 中心の配位子であることが示されています。活性状態では、 [Fe 4 S 4 ] クラスターの不安定な鉄イオンはCys ではなく水分子によって配位されます。
鉄応答性エレメント結合タンパク質(IRE-BP) と3-イソプロピルリンゴ酸脱水酵素(α-イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ; EC 4.2.1.33) は、ロイシンの生合成の第 2 段階を触媒する酵素で、アコニターゼの相同遺伝子として知られています。鉄調節エレメント (IRE) は、鉄の貯蔵、ヘムの合成、鉄の取り込みを調節する 28 ヌクレオチドの非コード ステムループ構造のファミリーを構成します。また、リボソーム結合にも関与し、mRNA のターンオーバー (分解) を制御します。特異的調節タンパク質である IRE-BP は、5' 領域と 3' 領域の両方で IRE に結合しますが、Fe-S クラスターのないアポ型の RNA にのみ結合します。培養細胞での IRE-BP の発現により、細胞に鉄が十分にある場合はタンパク質が活性アコニターゼとして、細胞に鉄が不足している場合は活性 RNA 結合タンパク質として機能することが明らかになりました。 Fe-S 形成に関与する 3 つの Cys 残基のいずれかまたはすべてがセリンに置き換えられた変異 IRE-BP は、アコニターゼ活性を持たないが、RNA 結合特性を保持している。
アコニターゼはフルオロ酢酸によって阻害されるため、フルオロ酢酸は有毒である。クエン酸回路において、フルオロ酢酸はクエン酸合成酵素によってフルオロクエン酸に変換される。フルオロクエン酸はアコニターゼを競合的に阻害し、クエン酸回路を停止させる。[9]鉄硫黄クラスターはスーパーオキシドによる酸化に非常に敏感である。[10]
機構
アコニターゼは脱水-水和機構を採用している。[11]関与する触媒残基は His-101 と Ser-642 である。[11] His-101 はクエン酸の C3 のヒドロキシル基をプロトン化して水として放出し、同時に Ser-642 は C2 のプロトンを抽出して C2 と C3 の間に二重結合を作り、いわゆるcis -アコニタート中間体を形成する（二重結合上の2 つのカルボキシル基はcisである）。[11] [14]水素が除去される炭素原子は、クエン酸回路の前のステップでオキサロ酢酸から来たものであり、アセチル CoAから来たものではないが、これら 2 つの炭素は、一方が「pro -R」でもう一方が「pro -S」であることを除いて同等である（プロキラリティーを参照）。[15] ： 393 この時点で、中間体は 180° 回転している。[11]この回転は「フリップ」と呼ばれます。[12]このフリップにより、中間体は「クエン酸モード」から「イソクエン酸モード」に移動すると言われています。[16]
この反転がどのように起こるのかは議論の余地がある。1つの理論は、メカニズムの律速段階で、シスアコニット酸が酵素から放出され、その後イソクエン酸モードで再結合して反応を完了するというものである。[16]この律速段階により、最終生成物に正しい立体化学、具体的には(2R,3S)が形成されることが保証される。 [16] [17]別の仮説は、シスアコニット酸は、クエン酸モードからイソクエン酸モードに反転する間、酵素に結合したままであるというものである。[ 11]
どちらの場合でも、シスアコニテートの反転により、脱水および水和のステップが中間体の反対側の面で起こるようになる。[11]アコニターゼは水のトランス脱離/付加を触媒し、反転により生成物に正しい立体化学が形成されることが保証される。[11] [12]反応を完了するために、セリンおよびヒスチジン残基は元の触媒作用を逆転させる。塩基性になったヒスチジンは水からプロトンを抽出し、 C2で攻撃するための求核剤として準備し、プロトン化されたセリンはシスアコニテートの二重結合によって脱プロトン化されて水和を完了し、イソクエン酸を生成する。[11]
家族
アコニターゼは細菌からヒトまで発現している。柑橘類では、ミトコンドリアアコニターゼの活性低下によりクエン酸が蓄積し、液胞に蓄えられると考えられる。[18]果実が成熟するにつれ、クエン酸は細胞質に戻り、細胞質アコニターゼ活性の上昇により果実内のクエン酸濃度が低下する。[18]ヒトは以下の2つのアコニターゼアイソザイムを発現している。
インタラクティブな経路マップ
下記の遺伝子、タンパク質、代謝物をクリックすると、それぞれの記事にリンクします。 [§ 1]
- ^ インタラクティブなパスウェイマップは、WikiPathways: "TCACycle_WP78" で編集できます。
参考文献
- ^ PDB : 7ACN ; Lauble H, Kennedy MC, Beinert H, Stout CD (1992). 「イソクエン酸およびニトロイソクエン酸が結合したアコニターゼの結晶構造」.生化学. 31 (10): 2735–48. doi :10.1021/bi00125a014. PMID 1547214.
- ^ PDB : 1ACO ; Lauble H, Kennedy MC, Beinert H, Stout CD (1994). 「トランスアコニット酸およびニトロクエン酸が結合したアコニターゼの結晶構造」。Journal of Molecular Biology . 237 (4): 437–51. doi :10.1006/jmbi.1994.1246. PMID 8151704.
- ^ Beinert H, Kennedy MC (1993 年 12 月). 「アコニターゼ、2 つの側面を持つタンパク質: 酵素と鉄調節因子」. FASEB ジャーナル. 7 (15): 1442–9. doi : 10.1096/fasebj.7.15.8262329 . PMID 8262329. S2CID 1107246.
- ^ Flint DH 、Allen RM (1996)。「非酸化還元機能を持つ鉄−硫黄タンパク質」。化学レビュー。96 ( 7 ) : 2315–34。doi :10.1021/cr950041r。PMID 11848829 。
- ^ Beinert H、Kennedy MC 、Stout CD (1996 年 11 月)。「鉄硫黄タンパク質、酵素、および鉄調節タンパク質としてのアコニターゼ」。Chemical Reviews。96 ( 7): 2335–2374。doi :10.1021/cr950040z。PMID 11848830 。
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- ^ ルバート・ストライアー(1981).生化学(第2版). pp. 295–296.
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- ^ 「アコニターゼファミリー」。タンパク質活性部位の補欠分子族と金属イオンデータベースバージョン2.0。リーズ大学。1999年2月2日。2011年6月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年7月10日閲覧。
- ^ ab Degu A、Hatew B、Nunes-Nesi A、Shlizerman L、Zur N、Katz E、Fernie AR、Blumwald E、Sadka A (2011 年 9 月)。「柑橘類のカルスにおけるアコニターゼの阻害は、アミノ酸生合成への代謝シフトをもたらす」。Planta . 234 ( 3): 501–513. doi :10.1007/s00425-011-1411-2。
