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酵素学において、アルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素（EC 1.2.7.5）は、化学反応を触媒する酵素である。
この酵素は酸化還元酵素ファミリーに属し、特に鉄硫黄タンパク質を受容体として、供与体のアルデヒド基またはオキソ基に作用する酵素です。この酵素クラスの系統名はアルデヒド:フェレドキシン酸化還元酵素です。この酵素はAORとも呼ばれます。これはタングステン含有タンパク質の比較的まれな例です。[ 1 ]
AORファミリーの活性部位は、一対のモリブドプテリン補因子（モリブデンを含まない）と4Fe-4Sクラスターに結合したオキソタングステン中心を特徴としている。[ 2 ] [ 3 ]このファミリーには、超好熱性古細菌から単離されたAOR、ホルムアルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素（FOR）、グリセルアルデヒド-3-リン酸フェレドキシン酸化還元酵素（GAPOR）が含まれる。[ 2 ]クロストリジウムで見つかったカルボン酸還元酵素。 [ 4 ]そして、モリブデンを含むAORファミリーの唯一のメンバーであるProteus vulgaris由来のヒドロキシカルボン酸ビオロゲン酸化還元酵素。 [ 5 ] GAPORは解糖に関与している可能性があるが、[ 6 ]他のタンパク質の機能はまだ明らかになっていない。 AORは、2-ケト酸酸化還元酵素によって生成されるアルデヒドを酸化する主要な酵素であると提唱されている。[ 7 ]
AORは超好熱性古細菌であるPyrococcus furiosusに見られる。[ 1 ]古細菌Pyrococcus ES-4株とThermococcus ES-1株は基質特異性が異なる。AFOはアルデヒド基質のサイズ範囲が広い。その主な役割は、アミノ酸とグルコースの代謝から生じるアルデヒドを酸化することである。[ 8 ]アルデヒドフェレドキシンオキシドレダクターゼは、グリセルアルデヒド-3-リン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼ（GAPOR）およびホルムアルデヒドフェレドキシンオキシドレダクターゼを含むAORファミリーのメンバーである。[ 3 ]
AORは高温条件（摂氏約80度）で、最適pH8～9で機能します。酸素に敏感で、酸素に曝されると活性の大部分を失い、還元環境である細胞質内で機能します。したがって、酸素に曝されるか温度が低下すると、触媒特性が不可逆的に失われます。また、AORの酸素感受性の結果として、酵素の精製は無酸素環境下で行われます。[ 8 ]
AORはマルトースを取り込むと活性が増加するため、Entner-Doudoroff経路（グルコース分解）に関与していると考えられています。[ 3 ]しかし、他の提案では、脱アミノ化された2-ケト酸から生じるアミノ酸代謝アルデヒド副産物の酸化に関与しているという説もあります。アルデヒドフェレドキシンオキシドレダクターゼの主な基質は、アセトアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、およびイソ吉草アルデヒドであり、イソ吉草アルデヒドは一般的なアミノ酸とグルコースの代謝産物です。[ 8 ]例えば、アセトアルデヒドはkcat/KM値が最大22.0 μM-1s-1に達します。[ 8 ]実際、Thermococcus株ES1のように、アミノ酸のみを炭素源として利用する微生物もいます。そのため、アルデヒドフェレドキシンオキシドレダクターゼを利用してアミノ酸炭素源を代謝します。[ 8 ]
AORはホモ二量体である。各67kDaサブユニットは1つのタングステン原子と4～5個の鉄原子を含む。[ 3 ] 2つのサブユニットは低スピン鉄中心によって架橋されている。2つのサブユニットは独立して機能すると考えられている。[ 3 ]
AORの活性部位のタングステンは、オキソ/ヒドロキソ配位子と2つのモリブドプテリン補因子のジチオレン置換基に結合した歪んだ四角錐構造をとる。[ 3 ]
2 つのモリブドプテリン補因子がタングステンに結合します。[ 9 ]これは多くの関連酵素で観察されています。[ 9 ]タングステンはタンパク質に直接結合していません。[ 9 ]補因子に付随するリン酸中心は Mg 2+に結合しており、Mg 2+ は Asn93 と Ala183 にも結合して八面体配位圏を完成させています。[ 3 ] [ 9 ]したがって、プテリンとタングステン原子は、主にプテリンとアミノ酸残基との水素結合ネットワークを介して AOR 酵素に接続されています。[ 3 ]さらに、八面体構造を占める 2 つの水リガンドが、プテリン、リン酸、および Mg 2+との水素結合ネットワークに参加しています。[ 9 ] [Fe4S4] クラスターは 4 つの Cys リガンドによって結合されていますが、アミノ結合とエーテル結合に富むプテリンは、AOR 酵素の Asp-XX-Gly-Leu-(Cys/Asp) 配列と相互作用します。[ 3 ]このような配列では、Cys494 残基も [Fe4S4] クラスターと水素結合しています。[ 3 ]これは、Cys494 残基が酵素のタングステン部位と [Fe4S4] クラスター部位を連結していることを示しています。[ 3 ]クラスター内の鉄原子は、さらに他の 3 つのシステイン リガンドによって結合されています。[ 9 ]また、フェレドキシン クラスターとプテリンの間のもう 1 つのリンカー アミノ酸残基は Arg76 であり、これはプテリンとフェレドキシンの両方と水素結合しています。[ 3 ]このような水素結合相互作用は、プテリンの環状系が電子キャリアであることを示唆していると考えられます。[ 3 ]さらに、プテリンのC= O中心は Na +と結合する。[ 8 ] W=O 中心は提案されているが、結晶学的に検証されていない。[ 9 ]
AORは、ドメイン1、2、3の3つのドメインから構成されています。[ 8 ]ドメイン1にはタングステンに結合したプテリンが含まれていますが、他の2つのドメインは、特定の基質がそのチャネルを通って酵素に入ることができるように、タングステンからタンパク質の表面までのチャネル（長さ15オングストローム）を提供します。[ 8 ]活性部位では、このプテリン分子は、ドメイン1の上に「乗る」ように鞍状のコンフォメーション（通常の平面に対して500）をとります。ドメイン1もまた、タングステン-プテリン部位を収容するためにベータシートの形状をとります。[ 8 ]
2 つのサブユニットの間にある鉄中心は、AOR の構造的役割を果たしています。[ 8 ]鉄金属原子は四面体構造をとり、配位子は 2 つのヒスチジンとグルタミン酸から供給されます。[ 8 ]これは、タンパク質の酸化還元活性において機能的な役割を果たしていることは知られていません。[ 8 ]
AOR中の[Fe4S4]クラスターは、他のフェレドキシン分子とはいくつかの点で異なっている。[ 3 ] EPR測定により、それが1電子シャトルとして機能することが確認されている。[ 3 ]
触媒サイクルでは、W(VI)（タングステン「六」）がW(IV)に変換され、同時にアルデヒドがカルボン酸（同等にカルボキシレート）に酸化される。[ 3 ] AW(V)中間体はEPR分光法 で検出できる。[ 3 ] [ 8 ]
AORの一般的な反応機構：[ 10 ]
酸化還元当量（レドックス当量）は、4Fe-4Sクラスターによって提供される。
チロシン残基は、W 中心に配位したカルボニル酸素原子との水素結合によってアルデヒドの求電子中心を活性化すると考えられている。[ 10 ]活性部位付近のグルタミン酸残基は、アルデヒドカルボニル中心への求核攻撃のために水分子を活性化する。[ 10 ]水による求核攻撃の後、ヒドリドはオキソタングステンに移動して、となる。[ 10 ]その後、4Fe-4S 中心への電子移動によって W(VI) が再生される。[ 10 ]ホルムアルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素では、Glu308 と Tyr 416 が関与するが、AOR 活性部位には Glu313 と His448 が存在することが示されている。[ 9 ] [ 10 ]