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| アルギニン脱炭酸酵素 | |||||||||
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 アルギニン脱炭酸酵素ホモ二量体の五量体の3D描写 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.1.1.19 | ||||||||
| CAS番号 | 9024-77-5 | ||||||||
| 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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酸 誘導アルギニン脱炭酸酵素（AdiA）（ EC 4.1.1.19 ）は、一般的にアルギニン脱炭酸酵素とも呼ばれ、 L-アルギニンをアグマチンと二酸化炭素に変換する反応を触媒します。このプロセスでは、脱炭酸反応でプロトンが消費され、オルニチン脱炭酸酵素やグルタミン脱炭酸酵素などのアミノ酸代謝に関与する他の酵素と同様に、ピリドキサール-5'-リン酸（PLP）補因子が使用されます。[1]これは細菌やウイルスに見られますが、これまでの研究のほとんどは、細菌中の酵素の形態に焦点を当てています。AdiAが触媒するアルギニンの脱炭酸反応では、必要なプロトンが細胞質から消費され、細胞内でのプロトンの過剰蓄積を防ぎ、細胞内pHを上昇させるのに役立ちます。[2]アルギニン脱炭酸酵素は、大腸菌（E.coli）[3]、チフス菌[4]、メタン生成細菌メタノコッカス・ジャナスキ[5]の酵素系の一部であり、これらの生物に耐酸性を与え、高酸性培地下での生存を可能にします。
構造
アルギニン脱炭酸酵素は、タンパク質サブユニットの多量体である。例えば、大腸菌におけるこの酵素の形態は、同一のサブユニットの約 800 kDaの十量体であり、二量体の五量体として構成されている。[6]各サブユニットは、5 つのドメインに分けられる：(1) アミノ末端ウィングドメイン、(2) リンカードメイン、(3) PLP 結合ドメイン、(4)アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(AspAT) 様小ドメイン、および (5)カルボキシ末端ドメイン。[3] AspAT 様小ドメイン、PLP 結合ドメイン、およびカルボキシ末端ドメインは、開いたボウルのような構造を形成する。ウィングドメインはボウルの取っ手のように他の 3 つのドメインから伸びており、リンカードメインはこれら 2 つの部分を互いに接続している。全体として、5 つのドメインは、水素結合および静電相互作用を介して互いに関連している。[3]
大腸菌アルギニン脱炭酸酵素では、各ホモ二量体には二量体表面から約 30 Å のところに 2 つの活性部位がある。PLP 結合ドメインにある活性部位は、シッフ塩基の形でリジン残基に結合した PLP 補因子からなる。PLPのリン酸基は、いくつかのセリンおよびトレオニン残基のアルコール側鎖との水素結合、およびヒスチジン残基のイミダゾール側鎖との水素結合によって保持されている。PLP 芳香族環上のプロトン化窒素は、アスパラギン酸側鎖のカルボキシレートと水素結合している。 [3]
機構
アルギニン脱炭酸酵素のメカニズムは、シッフ塩基中間体を使用する点で、他の脱アミノ化および脱炭酸PLP酵素と類似している。[7]最初に、Lys386残基は、L-アルギニン基質によるアミノ基転移反応で置換され、PLP補因子とアルギニンシッフ塩基を形成する。 [8]次に、アルギニンカルボキシレート基の脱炭酸が起こり、切断されたCC結合はPLPピリジン環に対して垂直であると仮定される。 [9]ピリジン窒素基は、CC結合の切断を促進する電子吸引基として働く。アミノ酸のプロトン化により新しいシッフ塩基が形成され、その後、アルギニン脱炭酸酵素のリジン残基によるアミノ基転移反応が起こり、触媒活性のあるPLPが再生され、生成物としてアグマンチンが放出される。プロトン化されたヒスチジン残基がプロトン化段階においてプロトン源として関与しているという仮説が立てられているが[10]、アルギニン脱炭酸酵素におけるプロトン供与残基の正体はまだ確認されていない。
関数
アルギニン脱炭酸酵素は、アルギニン依存性耐酸性（AR3）[11]の主要成分の1つであり、大腸菌が胃の高酸性環境で十分長く生存し、消化管を通過してヒト宿主に感染することを可能にします。この酵素は、脱炭酸反応で細胞質プロトンを消費し、細胞のpHが酸性になりすぎないようにします。酵素の活性は周囲のpHに依存します。より塩基性の細胞pHレベルでは、翼ドメインの負に帯電した酸性残基間の静電反発により、ホモ二量体が触媒活性な10量体に組み立てられないため、酵素は不活性なホモ二量体の形で存在します。細胞環境がより酸性になると、これらの残基はプロトン化によって中性に帯電します。ホモ二量体間の静電反発が少なくなると、酵素は触媒活性な10量体として組み立てられるようになります。[12]大腸菌アルギニン脱炭酸酵素が使用するこの特定の組み立て戦略は、酸性成長条件に対処するために他の好酸性生物によっても一般的に使用されています。 [13]全体として、アルギニン脱炭酸酵素の耐酸性活性は2つあります。ホモ二量体の表面タンパク質残基はプロトンを消費し、活性デカマーの形成につながり、脱炭酸反応によってプロトン消費がさらに増加します。アルギニン脱炭酸酵素は、AR3の別の構成要素であるアルギニン脱炭酸酵素アンチポーター（AdiC）と連携して機能し、細胞外アルギニン基質を脱炭酸の細胞内副産物と交換します。[14] [15]
参考文献
- ^ Paiardini A、Contestabile R、 Buckle AM、 Cellini B (2014)。「PLP依存性酵素」。BioMed Research International。2014：856076。doi ： 10.1155 / 2014/ 856076。PMC 3914556。PMID 24527459。
- ^ Boeker EA、Snell EE (1971 年 1 月)。 「[225] アルギニン デカルボキシラーゼ (大腸菌 B)」。[225] アルギニンデカルボキシラーゼ（大腸菌B）。酵素学の方法。 Vol. 17. 657–662 ページ。土井：10.1016/0076-6879(71)17114-5。ISBN 9780121818777。
- ^ abcd Andréll J、Hicks MG、Palmer T、Carpenter EP、Iwata S、Maher MJ (2009 年 5 月)。「大腸菌由来の酸誘導性アルギニン脱炭酸酵素の結晶構造: 可逆的なデカマーアセンブリが酵素活性を制御する」。生化学。48 ( 18 ) : 3915–27。doi : 10.1021/bi900075d。PMID 19298070 。
- ^ Deka G、Bharath SR、Savithri HS、Murthy MR（2017年9月）。「10量体S. Typhimuriumアルギニン脱炭酸酵素（ADC）の構造研究：ピリドキサール5'-リン酸結合による構造変化の誘導」。生化学および生物物理学的研究通信。490 （4）：1362–1368。doi ：10.1016/ j.bbrc.2017.07.032。PMID 28694189 。
- ^ PDB : 1MT1 ; Tolbert WD、Graham DE、White RH、Ealick SE (2003年3月)。「Methanococcus jannaschii由来のピルボイル依存性アルギニン脱炭酸酵素：自己切断型およびS53Aプロ酵素型の結晶構造」。構造。11 ( 3 ): 285–94。doi : 10.1016/S0969-2126( 03 )00026-1。PMID 12623016。
- ^ Boeker EA、Snell EE (1968年4月)。「大腸菌由来アルギニン脱炭酸酵素。II.サブユニットの解離と再会合」。The Journal of Biological Chemistry。243 ( 8): 1678–84。doi : 10.1016 /S0021-9258(18)93499- X。PMID 4870600 。
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- ^ Iyer R、Williams C、Miller C (2003 年 11 月) 。「大腸菌の極度の酸耐性におけるアルギニン-アグマチンアンチポーター」。Journal of Bacteriology。185 ( 22): 6556–61。doi : 10.1128 /jb.185.22.6556-6561.2003。PMC 262112。PMID 14594828。