フルオリナーゼ

フルオリナーゼ酵素（EC 2.5.1.63、別名アデノシルフルオリドシンターゼ）は、フッ化物イオンと補因子S-アデノシル-L-メチオニン（SAM）との反応を触媒し、 L-メチオニンと5'-フルオロ-5'-デオキシアデノシンを生成する。これは、フルオロ代謝産物生合成経路の最初の律速産物である。^{[ 1 ]}フルオリナーゼはもともと土壌細菌Streptomyces cattleyaから単離されたが、その後、 Streptomyces sp. MA37、Nocardia brasiliensis、Actinoplanes sp. N902-109など、他の多くの細菌種で相同体が同定されている。 ^{[ 2 ]}これは、有機化学で最も強い単結合である炭素-フッ素結合の形成を触媒できる唯一の既知の酵素である。^{[ 3 ]}

塩化物イオンではなくフッ化物イオンと同じ反応を触媒する相同なクロリナーゼ酵素が、サリノスポラミドAの生合成経路からSalinospora tropicaから単離されている。^{[ 4 ]}

フルオリナーゼはSAMのC-5'位でSN2型の求核置換を触媒し、L-メチオニンは中性脱離基として作用する。[ ₅ ] ^{[ 6 ]フルオリナーゼ触媒反応は、非触媒反応よりも10⁶ [ 6 ]}～^{10¹⁵ [ 7 ]}倍速いと推定されており、速度が大幅に向上する。それにもかかわらず、フルオリナーゼは依然として遅い酵素とみなされており、ターンオーバー数（kcat）は0.06 min⁻¹で^ある。^{[ 8 ]}_{反応に対する高い速度論的障壁}は、フッ化物イオンの水中での強い溶媒和に起因しており、その結果、水溶液中のフッ化物イオンから溶媒和水分子を剥ぎ取るのに伴う高い活性化エネルギーが生じ、活性部位内でフッ化物が強力な求核剤に変化する。

フルオリナーゼによって触媒される反応は可逆的であり、5'-フルオロ-5'-デオキシアデノシンとL-メチオニンをフルオリナーゼとインキュベートすると、SAMとフッ化物イオンが生成される。^{[ 9 ]} L-メチオニンをL-セレノメチオニンに置き換えると、硫黄中心と比較してセレン中心の求核性が高まるため、逆反応の速度が6倍向上する。 ^{[ 9 ]}

フルオリナーゼはハロゲン化物イオンに対してある程度の基質耐性を示し、フッ化物イオンの代わりに塩化物イオンも利用できる。SAMとフッ化物イオンの反応平衡は生成物FDAとL-メチオニン側に偏っているが、塩化物イオンの場合は平衡位置が逆転する。SAMと塩化物イオンをフルオリナーゼとインキュベートしても、L-アミノ酸オキシダーゼという別の酵素を添加しない限り、5'-クロロ-5'-デオキシアデノシン（ClDA）は生成されない。アミノ酸オキシダーゼは反応系からL-メチオニンを除去し、対応するオキソ酸に変換する。

ハロゲン化物の選択性と、2 つの反応平衡の位置が相まって、酵素によって正味のトランスハロゲン化反応が触媒される。^{[ 9 ]} 5'-クロロヌクレオシドを触媒L-セレノメチオニンまたはL-メチオニンとともに酵素とインキュベートすると、5-フルオロヌクレオシドが生成される。[ ^18F ]フッ化物を使用すると、このトランスハロゲン化反応は陽電子放出断層撮影用の放射性トレーサーの合成に使用できる。^{[ 10 ] [ 11 ]}

2007年末時点で、このクラスの酵素について9つの構造が解明されており、PDBアクセッションコードはPDB : 1RQP、PDB : 1RQR、PDB : 2C2W、PDB : 2C4T、PDB : 2C4U、PDB : 2C5B、PDB : 2C5H、PDB : 2CBX、およびPDB : 2CC2です。

この酵素に付けられた名前は、構造ではなく機能に由来しています。合成される分子は5-フルオロ-5-デオキシアデノシンです。構造はduf-62酵素シリーズと相同です。この酵素は三量体の二量体（それぞれ3つのサブユニットを持つ2つの分子）です。活性部位はこれらのサブユニット間（サブユニット界面）に位置し、それぞれが一度に1つのSAM分子と結合できます。^{[ 12 ]}

• 炭素-フッ素結合
• 有機フッ素化合物