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| アデニル硫酸還元酵素 | |||||||||
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 アデニル硫酸還元酵素ヘテロ四量体、アーキオグロバス・フルギドゥス | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 1.8.99.2 | ||||||||
| CAS番号 | 9027-75-2 | ||||||||
| 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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アデニル硫酸還元酵素( EC 1.8.99.2) は、電子供与体補因子を利用してアデニル硫酸/アデノシン-5'-ホスホ硫酸 (APS) を亜硫酸に還元する化学反応を触媒する酵素です。反応の生成物は、AMP と亜硫酸、および酸化された電子供与体補因子です。
命名法
この酵素は酸化還元酵素のファミリーに属し、特に硫黄基供与体と他の受容体に作用する酵素です。この酵素クラスの系統名は、AMP、亜硫酸:受容体酸化還元酵素 (アデノシン-5'-ホスホ硫酸形成) です。一般的に使用される他の名前には、アデノシンホスホ硫酸還元酵素、アデノシン 5'-ホスホ硫酸還元酵素、APS-還元酵素、APS 還元酵素、AMP、亜硫酸: (受容体) 酸化還元酵素、および (アデノシン-5'-ホスホ硫酸形成) などがあります。この酵素は、セレン代謝および硫黄代謝に関与します。[1]
機構
APS還元酵素は、APSから亜硫酸塩とAMPへの可逆的な変換を触媒し、これが全体の反応の律速段階となる。[2] APS還元酵素によって触媒される反応は以下の通りである。
[2]
硫酸は、ATP スルフリラーゼによって 1 つの ATP を消費して APS に活性化される必要があるため、この反応にはエネルギーの入力が必要です。[2]上記の反応は、完全に嫌気的な環境で発生します。[2] 2 つの電子は、還元された補因子、この場合は還元された FAD から来ます。[3]順方向には 1 つの AMP 分子が必要ですが、研究によると、逆反応には 2 つの AMP 分子 (1 つは基質に作用し、もう 1 つは順方向の反応を阻害する) が必要であることが示唆されています。[3]可逆反応は、AMP が Arg317 残基に結合し、Arg317 と APS 還元酵素全体の構造を変化させるときに発生し、逆方向に進むための熱力学的駆動力を提供します。[3]
APS還元酵素は、同化的硫酸還元と異化的硫酸還元の両方に関与しています。[4]異化的硫酸還元は硫酸を取り込んで、体全体に分布できる硫黄源である硫化物に変換します。[4]同化的硫酸還元は硫酸を取り込んでシステインに変換します。[4]異化経路と同化経路の両方で、APS還元酵素が代謝ツールとして使用され、それぞれ硫黄源とアミノ酸が生成されます。[4]
構造
2014 年末現在、このクラスの酵素については 6 つの構造が解明されており、PDBアクセッション コードは 1JNR、1JNZ、2FJA、2FJB、2FJD、2FJE です。
酵素のモノマーは、αヘリックスとβシート（平行と反平行の両方）の混合物で構成されています。タンパク質補因子チオレドキシンは、2つのシステイン残基の形で反応に必要な還元当量を提供し、最終的にはジスルフィド結合に酸化されます。[5] APS還元酵素の基本活性型は、植物に見られるようにヘテロ二量体であるようです。[6]細菌と植物の両方で、2つのヘテロ二量体が一緒に形成され、ヘテロ四量体を生成する傾向があります。[7]
細菌の APS 還元酵素の活性部位の溝には、いくつかの重要な要素があります。触媒作用に必要と思われる残基配列は、P ループ (残基 60-66)、Arg ループ (残基 162-173)、および LDTG モチーフ (残基 85-88) です。P ループ、つまりリン酸結合ループは、APS のリン酸基の認識を助け、結果として APS 還元酵素の基質特異性に影響を与える、特に重要な残基の連続配列です。C 末端の Cys256 も触媒作用に不可欠であり、触媒作用中に酵素の構造を変える役割を果たしているようです。[5]
APS 還元酵素を、関連する 3'-ホスホアデノシン-5'-ホスホ硫酸 (PAPS) 還元酵素と区別する注目すべき化学モチーフの 1 つは、普遍的に保存されている触媒システイン残基に加えて存在する、保存されたシステイン モチーフ CC-X ~80 -CXXC の存在です。このモチーフは [4Fe-4S] クラスターの存在と相関しているため、これらの鉄硫黄クラスターは PAPS 還元酵素内には存在しません。鉄硫黄クラスターが存在する場合、それは触媒活性に必要であり、活性部位の溝の反対側にある保存されたモチーフの 4 つのシステイン残基に配位されます。[5]
関数
硫黄は生物の生命に不可欠な成分であり、アミノ酸のシステインとメチオニンの主要元素です。[6] APS還元酵素は、亜硫酸から硫化水素を生成するプロセスである内因性硫黄同化の律速段階を制御します。亜硫酸水素は、植物における硫黄の主な供給源の1つです。[6] APS還元酵素は、無機硫黄からシステインへの流れを制御します。システインへの流れは、植物の成長、発達、生物的および非生物的ストレスへの反応など、多くの生物学的プロセスに関与しています。[6]実際、研究により、細胞が硫黄欠乏状態になると、APS還元酵素遺伝子の発現が変動することが示されており、植物が代謝および調節ストレスにさらされると、APS還元酵素は硫化水素を生成して恒常性を回復する上で重要な酵素である可能性が高いことを示しています。[6]
細菌はAPS還元酵素を利用して同化的および異化的な硫酸還元を行うため、廃水処理環境に出現する主な候補となります。[8]生物汚染物質には多くの硫酸還元細菌が含まれている可能性があり、研究では廃水処理施設を放置すると硫酸塩濃度が低下することが示されています。 [8]これらの研究により、硫黄が利用できないときに生物に硫黄を取得する別のユニークな方法を提供することで、APS還元酵素が地球規模の硫黄循環で重要な役割を果たしていることがさらに確固たるものになりました。[8]
臨床的意義
APS還元酵素はヒト細胞のプロテオーム内には存在しないため、これらの酵素はさまざまな環境的および医学的理由から研究対象となっている。結核菌のAPS還元酵素に対する競合的阻害剤は、特に薬剤耐性結核および潜在性結核に対する結核治療の新たな可能性として研究されている。[9]このような阻害剤は、油層から石油やガスを採取し、それらの製品の酸性化をより適切に制御する目的でも研究されている。[10]
硫黄とセレンの化学的類似性のため、一部のAPS還元酵素はセレンの代謝と還元における役割についても研究されてきました。モデル植物であるシロイヌナズナの主要なAPS還元酵素アイソザイムであるAPR2は、セレン酸耐性と亜セレン酸代謝に関与していることが示唆されています。このような研究は、植物におけるセレンの植物修復を促進し、結果として食事による栄養強化を促進するという目標に役立つ可能性があります。[1]
参考文献
- ^ ab Grant K、Carey NM、Mendoza M、Schulze J、Pilon M、Pilon-Smits EA、van Hoewyk D (2011 年 9 月)。「アラビドプシスのアデノシン 5'-ホスホ硫酸還元酵素 (APR2) 変異はグルタチオン欠乏とセレン酸毒性を関連付ける」。The Biochemical Journal。438 ( 2 ) : 325–35。doi :10.1042/BJ20110025。PMID 21585336。
- ^ abcd Schiffer A、Fritz G、 Kroneck PM、Ermler U (2006 年 3 月)。「異なる酵素状態の構造特性に基づく鉄硫黄フラビン酵素アデノシン-5'-ホスホ硫酸還元酵素の反応メカニズム」。生化学。45 ( 9): 2960–7。doi :10.1021/bi0521689。PMID 16503650 。
- ^ abc Wójcik-Augustyn A、Johansson AJ、Borowski T（2021年1月）。「異化アデノシン5'-ホスホ硫酸還元酵素によって触媒される反応メカニズム。アデノシン5'-一リン酸阻害剤と触媒反応の経路を切り替えるアルギニン317の重要な役割」。Biochimica et Biophysica Acta（BBA）-バイオエナジェティクス 。1862 （1）：148333。doi ：10.1016 / j.bbabio.2020.148333。PMID 33130026。S2CID 226235547 。
- ^ abcd Kushkevych I、Cejnar J、Treml J、Dordević D、Kollar P、Vítězová M（2020年3月）。「腸内細菌における硫酸塩還元の代謝経路の最近の進歩」。細胞。9 （3 ）：698。doi ：10.3390/ cells9030698。PMC 7140700。PMID 32178484。
- ^ abc Chartron J、Carroll KS、Shiau C、Gao H、Leary JA、Bertozzi CR、Stout CD (2006 年 11 月)。「Pseudomonas aeruginosa アデノシン 5'-ホスホ硫酸還元酵素における基質認識、タンパク質ダイナミクス、鉄硫黄クラスター」。Journal of Molecular Biology。364 ( 2): 152–69。doi : 10.1016 / j.jmb.2006.08.080。PMC 1769331。PMID 17010373。
- ^ abcde Fu Y, Tang J, Yao GF, Huang ZQ, Li YH, Han Z, et al. (2018). 「植物の硫化水素代謝の制御におけるアデノシン5'-リン酸還元酵素の中心的役割」。Frontiers in Plant Science . 9 :1404. doi : 10.3389 /fpls.2018.01404 . PMC 6166572. PMID 30319669.
- ^ Fritz G, Roth A, Schiffer A, Büchert T, Bourenkov G, Bartunik HD, et al. (2002年2月). 「1.6Å解像度での超好熱菌Archaeoglobus fulgidus由来のアデニル硫酸還元酵素の構造」. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 99 (4): 1836–1841. Bibcode :2002PNAS...99.1836F. doi : 10.1073/pnas.042664399 . PMC 122280 . PMID 11842205.
- ^ abc Zhou L、Ou P、Zhao B、Zhang W、Yu K、Xie K、Zhuang WQ（2021年1月）。「繊維廃水処理のためのフルスケールバイオフィルム膜バイオリアクターからのバイオファウラントの細菌多様性における同化および異化硫酸塩の減少」。 総合環境の科学。772 ：145464。Bibcode ：2021ScTEn.77245464Z。doi ：10.1016 /j.scitotenv.2021.145464。PMID 33571768。S2CID 231898490 。
- ^ Cosconati S、Hong JA、Novellino E、Carroll KS、Goodsell DS、Olson AJ (2008 年 11 月)。「Mycobacterium tuberculosis アデノシン 5'-ホスホ硫酸還元酵素阻害剤の構造ベース仮想スクリーニングと生物学的評価」。Journal of Medicinal Chemistry。51 ( 21 ): 6627–30。doi :10.1021/jm800571m。PMC 2639213。PMID 18855373。
- ^ Dos Santos ES、de Souza LC、de Assis PN、Almeida PF、Ramos-de-Souza E (2014)。「石油産業における水の酸性化を制御するアデニル硫酸還元酵素の新規潜在的阻害剤」。Journal of Biomolecular Structure & Dynamics。32 ( 11 ): 1780–92。doi :10.1080/ 07391102.2013.834850。PMID 24028628。S2CID 31496404 。
さらに読む
- Michaels GB、Davidson JT、Peck HD (1970 年 5 月)。「Desulfurovibrio vulgaris 由来のアデニル硫酸還元酵素によって触媒される反応の中間体としてのフラビン亜硫酸付加物」。生化学および生物物理学的研究通信。39 (3): 321–8。doi :10.1016/0006-291X(70)90579-6。PMID 5421934 。
