Loading article…
| アリールジアルキルホスファターゼ | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 3.1.8.1 | ||||||||
| CAS番号 | 117698-12-1 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
アリールジアルキルホスファターゼ（EC 3.1.8.1、ホスホトリエステラーゼ、有機リン酸加水分解酵素、パラチオン加水分解酵素、パラオキソンアーゼ、パラチオンアリールエステラーゼとも呼ばれ、系統名はアリールトリリン酸ジアルキルホスホヒドロラーゼ）は、有機リン系殺虫剤に含まれるトリエステル結合[1]を加水分解する金属酵素である。
| ホスホトリエステラーゼファミリー | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 有機リン加水分解酵素の構造 | |||||||||||
| 識別子 | |||||||||||
| シンボル | 個人教育 | ||||||||||
| パム | PF02126 | ||||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||||
| プロサイト | PDOC01026 | ||||||||||
| SCOP2 | 1dpm / スコープ / SUPFAM | ||||||||||
| |||||||||||
- アリールジアルキルリン酸 + H 2 Oジアルキルリン酸 + アリールアルコール
この酵素をコードする遺伝子（opd、有機リン酸分解）は、Pseudomonas diminutaに内在する大きなプラスミド（pSC1、51Kb）に存在しますが、[2]この遺伝子はFlavobacterium sp.（ATCC27551）など他の多くの細菌種にも存在し、染色体外要素（pSM55、43Kb）にもコードされています。 [2]
有機リン酸塩はリン酸エステルの一般名であり、有機リン化合物の1つです。これらは、殺虫剤、除草剤、神経ガスなどの一部として見られます。毒性の低い有機リン酸塩は、溶剤、可塑剤、極圧添加剤として使用できます。有機リン酸塩の使用は、世界中の農薬使用量の約38％を占めています。[3]
遺伝子
有機リン系農薬を分解できる細菌分離株が、世界各地の土壌サンプルから特定されている。[ 3] [4]最初の有機リン系分解細菌種は、1973年にフィリピンの土壌サンプルから分離され、 [5] Flavobacterium sp. ATCC27551と特定された。それ以来、 Pseudomonas diminuta（米国の土壌サンプルから分離）、Agrobacterium radiobacter（オーストラリアの土壌サンプルから分離）、Alteromonas haloplanktis（米国の土壌サンプルから分離）、Pseudomonas sp. WBC-3（中国の土壌サンプルから分離）などの他の種もOP分解能力を持つことが実証されている。[3]
有機リン化合物を加水分解する能力は細菌に特有のものではありません。いくつかの真菌やシアノバクテリア種もそれらを加水分解することがわかっています。[3]さらに、全ゲノムの配列相同性検索により、opdと同じ遺伝子ファミリーの配列を含む他のいくつかの細菌種が特定されました。これには、大腸菌( yhfV ) や結核菌などの病原性細菌が含まれます。[3]
Flavobacterium sp. ATCC27551とPseudomonas diminutaの酵素（ opd）をコードする遺伝子配列は高度に保存されている（100％配列相同性）が、[4]遺伝子が存在するプラスミドは、遺伝子が存在する5.1Kb [4] [6]保存領域を除いて非常に異なる配列を有する。[2]
Flavobacteriumのopd遺伝子の構成を詳しく見ると、トランスポゾンに似た構造をしている可能性が示唆されており、これが他の微生物種に広く分布していることの理由であると考えられる。この遺伝子は、DNA の水平伝播によって生じた可能性がある。opd遺伝子は、 Tn3ファミリーのトランスポゾンに特徴的な転位挿入配列に挟まれている。さらに、 opd遺伝子の上流領域には、トランスポザーゼに似た配列 ( TnpA に相同) とリゾルバーゼに似た配列 ( TnpRに相同) も特定されており[4]、これらはTn3 などの クラス IIトランスポゾンに特徴的なものである。
さらに、opdの下流に別のオープンリーディングフレームが同定され、OP分解の副産物の1つであるp-ニトロフェノールをさらに分解するタンパク質をコードしている。このタンパク質はPTEと複合体として働くと考えられており、PTEが存在すると活性が劇的に増加することが観察されている。[4]
したがって、 opd遺伝子領域の特徴的な構造的構成は、異なる種が転座とプラスミド転移による水平伝播によって遺伝子を獲得したことを示唆しています。
タンパク質
構造
ホスホトリエステラーゼ（PTE）は、共通のリガンドを介して架橋され、金属原子の周りに集まったヒスチジン残基のイミダゾール側鎖によって配位された2つの触媒Zn 2+金属原子を持つ金属酵素ファミリーに属します。 [7]このタンパク質はホモ二量体を形成します。[8]全体の構造は、他の20の触媒タンパク質にも存在するα/βバレルモチーフで構成されています。これらのタンパク質の活性部位はβバレルのC末端部分に位置しており、PTEの活性部位もそこにあります。[7]
触媒
有機リン化合物の触媒作用は、基質のリン中心の周りの配置反転を伴う求核置換反応（S N 2機構）を介して起こる。 [7]活性部位では、金属カチオンが基質の P–O 結合をさらに分極させることで触媒作用を助け、求核攻撃を受けやすくなる。さらに、塩基性残基が水分子からプロトンを抽出し、生成された水酸化物イオンが 2 つの二価カチオンを架橋して求核剤として作用する。次に、OH − が基質のリン中心を攻撃し、プロトン移動イベントが続く。P–O 結合が切断され、生成物が活性部位から放出される。[9]ホスホトリエステラーゼの回転速度（k cat ）は、パラオキソンの加水分解ではほぼ 10 4 s −1であり、 [10]生成物はp-ニトロフェノールとジエチルリン酸である。
種
ホスホトリエステラーゼは、 Pseudomonas diminutaとFlavobacterium sp. ATCC27551 の2 つの種に存在します。有機リン酸分解酵素をコードする他の遺伝子変異体は、他の種にも存在します。このリストには、放射線耐性Deinococcus radioduransなどの細菌種、病原体Mycobacterium tuberculosisおよびMycobacterium bovis、嫌気性細菌Desulfatibacillum alkenivorans、好熱性細菌Geobacillus sp. およびThermoanaerobacter sp. X514、Escherichia coli ( yhfV ) などの多くの細菌群、[3]およびSulfolobus acidocaldariusなどの一部の古細菌が含まれます。[11]
細胞内局在
ホスホトリエステラーゼは膜関連タンパク質であり、29アミノ酸長の標的ペプチド（Tatモチーフ）と共に翻訳され、[12] [10] [13]成熟タンパク質が細胞膜に挿入された後に切断される。[1]このタンパク質は細胞の内膜に固定され、ペリプラズムに面している。[14]
関数
ホスホトリエステラーゼ酵素は、基質のトリエステル結合を切断することによって有機リン酸化合物を加水分解します。
この酵素は非常に幅広い基質特異性を持ち、[12]反応を触媒する効率が非常に高い。PTEはパラオキソンを拡散限界に近い速度で加水分解し、[15]この酵素がこの基質を利用するために最適に進化していることを示している。[13]この酵素は合成有機リン酸トリエステルとリンフッ化物に特異的に作用する。[3]この酵素は天然に存在する基質を持たないようで、パラオキソンや他の一般的な農業用殺虫剤を利用するために最適に進化した可能性がある。[15]
この反応の生成物はジエチルリン酸とp-ニトロフェノールである。[4]後者の生成物はopd遺伝子の750bp下流にコードされている酵素によってさらに分解され、芳香族化合物の分解に関与している可能性のある29kDaの推定加水分解酵素をコードし、PTEと協調して働く。[4]この酵素はPseudomonas putida、Pseudomonas azelaica、Rhodococcus sp.、およびP. fluorescensの加水分解酵素と相同性がある。[4]
有機リン化合物は細菌に対して毒性はないが、動物に対してはアセチルコリンエステラーゼ阻害剤として作用する。[16]細菌の中には有機リン化合物を栄養源や炭素源として利用できる種もある。[14]
環境的重要性
ホスホトリエステラーゼは、バイオレメディエーションの目的のための有力な候補バイオ触媒と考えられている。[7]その幅広い基質特異性と触媒効率により、opd遺伝子を含む微生物を、農薬の過剰使用により有毒になった土壌の解毒に使用するための魅力的なターゲットとなっている。[3]さらに、有機リン化合物はアセチルコリンエステラーゼ（AChE）阻害剤として作用する。AChE神経伝達物質は、昆虫や動物の中枢神経系（CNS）の重要な構成要素であり、この神経化学物質の適切なターンオーバーが阻害されると、CNSが過剰に刺激され、最終的には昆虫や哺乳類が死に至る。[3] [17]その結果、有機リン化合物を分解する微生物の使用は、環境からこれらの有毒化合物を除去するための潜在的に効果的で低コストで環境に優しい方法である。[3]
歴史
有機リン系農薬を分解する能力を持つ細菌種は、世界各地の土壌サンプルから分離されています。有機リンを加水分解できることが初めて確認された細菌株は、1973年にセツナサンとヨシダによってフィリピンの土壌サンプルから発見されたフラボバクテリウム属ATCC 27551でした。 [5]それ以来、他の種もフラボバクテリウムに見られるものと同様の有機リン分解酵素を持つことがわかりました[6] 。
参考文献
- ^ ab Pinjari AB、Pandey JP、Kamireddy S、Siddavattam D（2013年7月）。「アセフェート分解性Pseudomonas sp.株Ind01における有機リン酸加水分解酵素の発現と細胞内局在、および有機リン酸系殺虫剤の除去のための潜在的生体触媒としてのその利用」。応用微生物学論文集。57 （1）：63–8。doi ： 10.1111/lam.12080。PMID 23574004。S2CID 12006833 。
- ^ abc Harper LL、McDaniel CS、Miller CE、Wild JR (1988年10月)。「Pseudomonas diminuta MGとFlavobacterium sp. (ATCC 27551)から分離された異なるプラスミドには、同一のopd遺伝子が含まれている」。 応用環境微生物学。54 (10): 2586–9。Bibcode :1988ApEnM..54.2586H。doi : 10.1128 /AEM.54.10.2586-2589.1988。PMC 204325。PMID 3202637。
- ^ abcdefghij Singh BK (2009年2月). 「有機リン分解細菌：生態学と産業応用」. Nature Reviews. Microbiology . 7 (2): 156–64. doi :10.1038/nrmicro2050. PMID 19098922. S2CID 205497513.
- ^ abcdefgh Siddavattam D、Khajamohiddin S、Manavathi B、Pakala SB、Merrick M (2003 年 5 月)。「Flavobacterium sp. に見られるプラスミド媒介有機リン酸分解 (opd) 遺伝子クラスターのトランスポゾン様組織化」。応用環境微生物学。69 (5): 2533–9。Bibcode :2003ApEnM..69.2533S。doi : 10.1128 /AEM.69.5.2533-2539.2003。PMC 154515。PMID 12732518。
- ^ ab Sethunathan N、 Yoshida T (1973年7月)。「ジアジノンとパラチオンを分解するFlavobacterium sp.」。 Canadian Journal of Microbiology。19 ( 7): 873–5。doi :10.1139/m73-138。PMID 4727806 。
- ^ ab Mulbry WW、Karns JS、Kearney PC、Nelson JO、McDaniel CS、Wild JR (1986 年 5 月)。「Pseudomonas diminuta 由来の opd とのサザンハイブリダイゼーションによる Flavobacterium 由来のプラスミド媒介パラチオン加水分解酵素遺伝子の同定」。応用環境微生物学。51 (5): 926–30。Bibcode :1986ApEnM..51..926M。doi : 10.1128 / AEM.51.5.926-930.1986。PMC 238989。PMID 3015022。
- ^ abcd Benning MM、Kuo JM 、Raushel FM、Holden HM（1994年12月）。「ホスホトリエステラーゼの3次元構造：有機リン酸神経剤を解毒できる酵素」。 生化学。33（50）：15001–7。doi ： 10.1021 /bi00254a008。PMID 7999757。S2CID 9424327。
- ^ Dong YJ、Bartlam M、Sun L、Zhou YF、Zhang ZP、Zhang CG、Rao Z、Zhang XE (2005 年 10 月)。「Pseudomonas sp. WBC-3 由来のメチルパラチオン加水分解酵素の結晶構造」。Journal of Molecular Biology。353 ( 3): 655–63。doi :10.1016/ j.jmb.2005.08.057。PMID 16181636 。
- ^ Aubert SD, Li Y, Raushel FM (2004年5月). 「細菌ホスホトリエステラーゼによる有機リン酸エステルの加水分解のメカニズム」.生化学. 43 (19): 5707–15. doi :10.1021/bi0497805. PMID 15134445.
- ^ ab Mulbry WW, Karns JS (1989年2月). 「グラム陰性細菌株からの3種のパラチオン加水分解酵素の精製と特性評価」.応用環境微生物学. 55 (2): 289–93. Bibcode : 1989ApEnM..55..289M. doi :10.1128/AEM.55.2.289-293.1989. PMC 184103. PMID 2541658.
- ^ チェン L、ブリュッガー K、スコフガード M、レッダー P、シー Q、トラリンソン E、グレーベ B、アウェイズ M、ジバット A、クレンク HP、ギャレット RA (2005 年 7 月)。 「Crenarchaeota のモデル生物である Sulfolobus Acidocaldarius のゲノム」。細菌学ジャーナル。187 (14): 4992–9。土井：10.1128/JB.187.14.4992-4999.2005。PMC 1169522。PMID 15995215。
- ^ ab Classen JJ、Engler CR、 Kenerley CM、Whittaker AD (2000 年 4 月)。「バイオレメディエーションへの応用を考慮した地下真菌増殖のロジスティックモデル」。Journal of Environmental Science and Health、パート A。35 ( 4) : 465–488。Bibcode :2000JESHA..35..465C。doi :10.1080/10934520009376982。S2CID 98035446。
- ^ ab Caldwell SR、Newcomb JR、Schlecht KA、Raushel FM (1991 年 7 月)。「Pseudomonas diminuta 由来のホスホトリエステラーゼによる基質加水分解における拡散の限界」。生化学。30 ( 30 ) : 7438–7444。doi :10.1021/bi00244a010。ISSN 0006-2960。PMID 1649628 。
- ^ ab Singh BK、Walker A (2006年5月)。 「有機リン化合物の微生物分解」 。FEMS Microbiology Reviews。30 (3): 428–71。doi : 10.1111/j.1574-6976.2006.00018.x。PMID 16594965。
- ^ ab Dumas DP、Caldwell SR、Wild JR、 Raushel FM（1989年11月）。「Pseudomonas diminuta由来のホスホトリエステラーゼの精製と特性」。The Journal of Biological Chemistry。264（33）：19659–65。doi ：10.1016/S0021-9258（19）47164-0。PMID 2555328 。
- ^ Lotti M (2002). 「特定のエステラーゼ阻害剤による有機リン誘発性遅延性多発神経障害の促進」.毒性学. 181–182: 245–248. Bibcode :2002Toxgy.181..245L. doi :10.1016/s0300-483x(02)00291-3. PMID 12505319.
- ^ Ragnarsdottir KV (2000). 「有機リン酸系農薬の環境運命と毒性」. Journal of the Geological Society . 157 (4): 859–876. Bibcode :2000JGSoc.157..859R. doi :10.1144/jgs.157.4.859. S2CID 129950334.
さらに読む
- Aldridge WN (1953 年 1 月)。「血清エステラーゼ。I. p-ニトロフェニル酢酸、プロピオン酸、酪酸を加水分解する 2 種類のエステラーゼ (A および B) とそれらの測定法」。The Biochemical Journal。53 ( 1 ) : 110–7。doi : 10.1042/bj0530110。PMC 1198110。PMID 13032041。
- Bosmann HB (1972 年 7 月)。「膜マーカー酵素。基質としてp-ニトロフェニル酢酸を使用したモルモット大脳皮質のアリルエステラーゼの特性」。Biochimica et Biophysica Acta。276 ( 1): 180–91。doi : 10.1016/0005-2744(72)90019-8。PMID 5047702 。
- Mackness MI、Thompson HM、Hardy AR 、Walker CH (1987 年 7 月)。「A エステラーゼとアリルエステラーゼの区別。エステラーゼ分類への影響」。生化学ジャーナル。245 ( 1 ) : 293–6。doi : 10.1042 /bj2450293。PMC 1148115。PMID 2822017 。
- Main AR (1960). 「羊血清中のA型エステラーゼの分化」. Biochem. J. 75 ( 1): 188–195. doi :10.1042/bj0750188. PMC 1204348. PMID 14420012 .
