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| フルクトース二リン酸アルドラーゼ | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 フルクトース二リン酸アルドラーゼ八量体、ヒト | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.1.2.13 | ||||||||
| CAS番号 | 9024-52-6 | ||||||||
| 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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| フルクトース二リン酸アルドラーゼクラスI | |||||||||
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 ウサギ肝臓由来フルクトース1,6-ビスリン酸アルドラーゼ | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | 解糖系 | ||||||||
| パム | PF00274 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00143 | ||||||||
| SCOP2 | 1ald / スコープ / SUPFAM | ||||||||
| 医療機器 | cd00344 | ||||||||
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| フルクトース二リン酸アルドラーゼクラスII | |||||||||
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 クラス II フルクトース-1,6-ビスリン酸アルドラーゼとホスホグリコロヒドロキサメートの複合体 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | F_bP_アルドラーゼ | ||||||||
| パム | PF01116 | ||||||||
| ファム一族 | CL0036 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00523 | ||||||||
| SCOP2 | 1dos / スコープ / SUPFAM | ||||||||
| 医療機器 | cd00453 | ||||||||
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フルクトース二リン酸アルドラーゼ( EC 4.1.2.13) は、単にアルドラーゼと呼ばれることも多い、アルドール(フルクトース 1,6-二リン酸) をトリオースリン酸のジヒドロキシアセトンリン酸( DHAP) とグリセルアルデヒド 3-リン酸(G3P)に分解する可逆反応を触媒する酵素です。アルドラーゼは、フルクトース 1-リン酸やセドヘプツロース 1,7-二リン酸などの他の (3S,4R)-ケトース1-リン酸から DHAP を生成することもできます。同化経路である糖新生とカルビン回路では、逆反応が使用されます。異化経路である解糖では、正反応が使用されます。アルドラーゼは、メカニズムによって 2 つのクラスに分類されます。
アルドラーゼという語は、より一般的には、アルドール反応（アルドールの生成）またはその逆（アルドールの切断）を行う酵素（シアル酸を形成するシアル酸アルドラーゼなど）を指すこともあります。アルドラーゼの一覧を参照してください。
メカニズムと構造
クラス I タンパク質は、高度に保存された活性部位リジンと DHAPカルボニル炭素を結合するプロトン化 シッフ塩基 中間体を形成する。さらに、チロシン残基は安定化水素受容体として作用するこのメカニズムにとって重要である。クラス II タンパク質は、カルボニル基をZn 2+などの二価カチオンで分極させる別のメカニズムを使用する。大腸菌ガラクチトールオペロンタンパク質 gatY およびN-アセチルガラクトサミンオペロンタンパク質 agaY は、タガトース二リン酸アルドラーゼであり、クラス II フルクトース二リン酸アルドラーゼの相同体である。これらの相同体の配列の前半にある2 つのヒスチジン残基は、亜鉛の結合に関与していることが示されている。 [1]
両クラスのタンパク質サブユニットはそれぞれ、活性部位を含む TIM バレルに折り畳まれた α/β ドメインを持っています。いくつかのサブユニットが集まって完全なタンパク質になります。2つのクラスには、配列の同一性はほとんどありません。
いくつかの例外を除いて、クラス I タンパク質のみが動物、植物、緑藻類で見つかっています。[2]いくつかの例外を除いて、クラス II タンパク質のみが真菌で見つかっています。両方のクラスは、他の真核生物や細菌で広く見つかっています。 [3] 2 つのクラスは、同じ生物に一緒に存在することがよくあります。植物と藻類には、通常の細胞質アルドラーゼに加えて、共生関係の名残であることもあるプラスチドアルドラーゼがあります。クラス I メカニズムを持つ二機能性フルクトースビスリン酸アルドラーゼ/ホスファターゼは、古細菌と一部の細菌で広く見つかっています。[4]この古細菌アルドラーゼの活性部位も TIM バレルにあります。
糖新生と解糖において
糖新生と解糖は、一連の 6 つの可逆反応を共有しています。糖新生では、グリセルアルデヒド 3 リン酸がアルドラーゼによってフルクトース 1,6 ビスリン酸に還元されます。解糖では、フルクトース 1,6 ビスリン酸がアルドラーゼの使用によってグリセルアルデヒド 3 リン酸とジヒドロキシアセトンリン酸に生成されます。糖新生と解糖で使用されるアルドラーゼは細胞質タンパク質です。
脊椎動物にはクラス I タンパク質の 3 つの形態が存在します。 アルドラーゼ Aは筋肉と脳で優先的に発現し、アルドラーゼ B は肝臓、腎臓、腸管上皮細胞で、アルドラーゼ C は脳で発現します。アルドラーゼ A と C は主に解糖に関与し、アルドラーゼ B は解糖と糖新生の両方に関与します。[5]アルドラーゼ B の欠陥によっては、遺伝性フルクトース不耐症を引き起こします。肝臓での遊離フルクトースの代謝は、アルドラーゼ B がフルクトース 1-リン酸を基質として利用する能力を利用します。[6]古細菌のフルクトース二リン酸アルドラーゼ/ホスファターゼは、その生成物がフルクトース 6-リン酸であるため、おそらく糖新生に関与しています。[7]
カルビンサイクル
カルビン回路は炭素固定経路であり、二酸化炭素やその他の化合物をグルコースに変換する光合成の一部です。カルビン回路と糖新生は、一連の 4 つの可逆反応を共有しています。両方の経路において、3-ホスホグリセリン酸(3-PGA または 3-PG) はフルクトース 1,6-ビスリン酸に還元され、最後の反応はアルドラーゼによって触媒されます。両方の経路でフルクトース 1,6-ビスホスファターゼによって触媒される 5 番目の反応では、フルクトース 1-6-ビスリン酸がフルクトース 6-リン酸と無機リン酸に加水分解されます。自由エネルギーが大幅に減少するため、この反応は不可逆的です。カルビン回路では、アルドラーゼは DHAP とエリスロース 4-リン酸からのセドヘプツロース 1,7-ビスリン酸の生成も触媒します。カルビン回路の主な産物は、DHAP と G3P の混合物であるトリオースリン酸 (TP) とフルクトース 6-リン酸です。どちらもRuBP の再生に必要です。カルビン回路で植物や藻類が使用するアルドラーゼは、通常、核遺伝子によってコード化されたプラスチド標的タンパク質です。
反応
アルドラーゼは触媒する
- フルクトース 1,6-二リン酸 ⇌ DHAP + G3P
そしてまた
- セドヘプツロース 1,7-ビスリン酸 ⇌ DHAP + エリスロース 4-リン酸
- フルクトース1-リン酸⇌ DHAP + グリセルアルデヒド
アルドラーゼは糖新生/解糖の可逆的な幹に利用される
- 2( PEP + NADH + H + + ATP + H 2 O) ⇌ フルクトース1,6-ビスリン酸 + 2(NAD + + ADP + P i )
アルドラーゼは、糖新生と共有されるカルビン回路の部分でも使用され、最後にはフルクトース1,6-ビスホスファターゼによって触媒される不可逆的なリン酸加水分解が行われる。
- 2( 3-PG + NADPH + H + + ATP + H 2 O) ⇌ フルクトース1,6-ビスリン酸 + 2(NADP + + ADP + P i )
- フルクトース1,6-ビスリン酸 + H 2 O → フルクトース6-リン酸 + P i
糖新生において、3-PGはエノラーゼとホスホグリセリン酸ムターゼの連続作用 によって生成される。
- PEP + H 2 O ⇌ 2-PG ⇌ 3-PG
カルビン回路では3-PGはRuBisCOによって生成される。
- RuBP + CO 2 + H 2 O → 2(3-PG)
G3Pは、糖新生においてグリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素（GAPDH）と連続して作用するホスホグリセリン酸キナーゼによって生成され、カルビン回路において グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素（NADP+）（リン酸化）と連続して作用する。
- 3-PG + ATP ⇌ 1,3-ビスホスホグリセリン酸 + ADP
- 1,3-ビスホスホグリセリン酸 + NAD(P)H + H + ⇌ G3P + P i + NAD(P) +
トリオースリン酸イソメラーゼはDHAPとG3Pをほぼ平衡状態に維持し、トリオースリン酸（TP）と呼ばれる混合物を生成します。
- G3P ⇌ DHAP
したがって、DHAP と G3P の両方がアルドラーゼに利用可能になります。
副業物件
アルドラーゼは、F-アクチン、α-チューブリン、軽鎖ダイニン、WASP、バンド3陰イオン交換体、ホスホリパーゼD（PLD2）、グルコーストランスポーターGLUT4、イノシトール三リン酸、V-ATPase、ARNO（ARF6のグアニンヌクレオチド交換因子）など、他の多くのタンパク質との結合親和性に基づいて、多くの「副次的」または非触媒機能にも関与していると考えられています。これらの関連性は主に細胞構造に関与していると考えられていますが、エンドサイトーシス、寄生虫侵入、細胞骨格再配置、細胞運動性、膜タンパク質の輸送とリサイクル、シグナル伝達、組織区画化への関与も調査されています。[8] [9] [10]
参考文献
- ^ Zgiby SM、Thomson GJ、Qamar S、Berry A (2000)。「フルクトース1、6-ビスリン酸およびタガトース1、6-ビスリン酸アルドラーゼにおける基質結合および識別の検討」。Eur . J. Biochem . 267 (6): 1858–68. doi : 10.1046/j.1432-1327.2000.01191.x . PMID 10712619。
- ^ Patron NJ、Rogers MB、 Keeling PJ (2004)。「フルクトース-1,6-ビスリン酸アルドラーゼの遺伝子置換は、クロモベオレートの単一の光合成祖先仮説を支持する」。 真核生物細胞。3 (5): 1169–75。doi : 10.1128 / EC.3.5.1169-1175.2004。PMC 522617。PMID 15470245。
- ^ Trung Hieu Pham、Shreesha Rao、Ta-Chih Cheng、Pei-Chi Wang、Shih-Chu Chen、「アジアンシーバス（Lates calcarifer）におけるPhotobacterium damselae subsp. piscicidaに対する潜在的なワクチン候補としてのムーンライトタンパク質フルクトース1,6-ビスリン酸アルドラーゼ」、Developmental & Comparative Immunology、第124巻、2021年、104187、ISSN 0145-305X、https://doi.org/10.1016/j.dci.2021.104187。
- ^ Siebers B, Brinkmann H, Dörr C, Tjaden B, Lilie H, van der Oost J, Verhees CH (2001). 「古細菌フルクトース-1,6-ビスリン酸アルドラーゼは古細菌型クラスIアルドラーゼの新しいファミリーを構成する」J. Biol. Chem . 276 (31): 28710–8. doi : 10.1074/jbc.M103447200 . PMID 11387336.
- ^ Walther EU, Dichgans M, Maricich SM, Romito RR, Yang F, Dziennis S, Zackson S, Hawkes R, Herrup K (1998). 「アルドラーゼ C (ゼブリン II) のゲノム配列は、トランスジェニックマウスの非神経細胞のみで lacZ 発現を誘導する」Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 95 (5): 2615–20. Bibcode :1998PNAS...95.2615W. doi : 10.1073/pnas.95.5.2615 . PMC 19434 . PMID 9482935.
- ^ Gopher A、Vaisman N、Mandel H、Lapidot A (1990)。「正常およびフルクトース不耐症の小児におけるフルクトース代謝経路の決定：C-13フルクトースを使用したC-13 NMR研究」。Proc . Natl. Acad. Sci. USA . 87 (14): 5449–53. doi : 10.1073/pnas.87.14.5449 . PMC 54342 . PMID 2371280。
- ^ Estelmann S, Hügler M, Eisenreich W, Werner K, Berg IA, Ramos-Vera WH, Say RF, Kockelkorn D, Gad'on N, Fuchs G (2011). 「Metallosphaera sedula における中心炭素代謝の標識および酵素研究」J. Bacteriol . 193 (5): 1191–200. doi :10.1128/JB.01155-10. PMC 3067578. PMID 21169486 .
- ^ Rangarajan ES、Park H、Fortin E、Sygusch J、Izard T (2010)。「エンドサイトーシスにおけるソーティングネキシン9機能のアロラーゼ制御のメカニズム」。J . Biol. Chem . 285 (16): 11983–90. doi : 10.1074/jbc.M109.092049 . PMC 2852936. PMID 20129922 。
- ^ Ahn AH、Dziennis S、 Hawkes R、Herrup K (1994)。「ゼブリン II のクローニングによりアルドラーゼ C との同一性が明らかになった」。開発。120 (8): 2081–90。doi :10.1242/dev.120.8.2081。PMID 7925012 。
- ^ Merkulova M、Hurtado-Lorenzo A、Hosokawa H、Zhuang Z、Brown D、Ausiello DA、Marshansky V (2011)。「アルドラーゼはARNOと直接相互作用し、細胞形態と酸性小胞分布を調節する」。Am J Physiol Cell Physiol。300 ( 6 ): C1442-55。doi :10.1152/ajpcell.00076.2010。PMC 3118619。PMID 21307348。
さらに読む
- Berry A、Marshall KE (1993 年 2 月)。「大腸菌のクラス II フルクトース-1,6-ビスリン酸アルドラーゼにおける亜鉛結合リガンドの同定」。FEBS Lett . 318 (1): 11–6. doi : 10.1016/0014-5793(93)81317-S . PMID 8436219. S2CID 7682431.
- Freemont PS、Dunbar B、Fothergill-Gilmore LA (1988 年 2 月)。「ヒト骨格筋フルクトース二リン酸アルドラーゼの完全なアミノ酸配列」。Biochem . J. 249 ( 3): 779–88. doi :10.1042/bj2490779. PMC 1148774. PMID 3355497 。
- ガルキン A、リー Z、リー L、クラコバ L、パル LR、ダナウェイ マリアーノ D、ハーツバーグ O (2009)。 「ジアルジア フルクトース-1,6-二リン酸アルドラーゼの基質結合と立体選択性に関する構造的洞察」。生化学。48 (14): 3186–96。土井：10.1021/bi9001166。PMC 2666783。PMID 19236002。
- Marsh JJ、Lebherz HG (1992 年 3 月)。「フルクトース二リン酸アルドラーゼ: 進化の歴史」。Trends Biochem. Sci . 17 (3): 110–3. doi :10.1016/0968-0004(92)90247-7. PMID 1412694。
- Perham RN (1990 年 4 月)。「フルクトース-1,6-ビスリン酸アルドラーゼ: 同じ反応、異なる酵素」。Biochem . Soc. Trans . 18 (2): 185–7. doi :10.1042/bst0180185. PMID 2199259。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズのフルクトース二リン酸アルドラーゼに関連するメディア- ボストン大学トーラン研究所