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| ボルニル二リン酸合成酵素（BPPS） | |||||||||
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 モノマーによって色分けされた結晶構造 1N1B の漫画表現。 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 5.5.1.8 | ||||||||
| CAS番号 | 72668-91-8 | ||||||||
| 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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酵素学では、ボルニル二リン酸合成酵素（BPPS）（EC 5.5.1.8）は、化学反応を触媒する酵素である。
- ゲラニル二リン酸(+)-ボルニル二リン酸
ボルニル二リン酸合成酵素は、環状モノテルペノイドのボルニル二リン酸の生合成に関与している。上記の反応からわかるように、BPPSはゲラニル二リン酸を唯一の基質として異性化し、生成物である(+)-ボルニル二リン酸を生成する。[1]この反応は、テルペン合成酵素と呼ばれる一般的なクラスの酵素によるもので、普遍的な前駆体であるゲラニル二リン酸を環化して、さまざまな単環式および二環式モノテルペンを生成する。[2]ゲラニル二リン酸から環状生成物への生化学的変換は、被子植物と裸子植物の両方を含むさまざまな芳香植物で起こり、以下のセクションで説明するさまざまな目的で使用されている。[3] BPPSのようなテルペン合成酵素は、低分子量テルペン代謝物の形成における主要な酵素である。テルペン合成酵素の構成、複数の生成物を形成する特徴的な能力、および生物的および非生物的要因に応じた調節は、多様なテルペン代謝産物のグループの形成に寄与しています。テルペンの構造の多様性と複雑さは、植物と環境の相互作用を媒介する大きな可能性を生み出します。[4]
この酵素クラスの系統名は(+)-ボルニル二リン酸リアーゼ (脱環化)です。一般的に使用されている他の名前には、ボルニルピロリン酸シンターゼ、ボルニルピロリン酸シンテターゼ、(+)-ボルニルピロリン酸シクラーゼ、およびゲラニル二リン酸シクラーゼ (不明瞭)があります。この酵素はモノテルペノイド生合成に関与し、イソメラーゼファミリー、具体的には分子内リアーゼのクラスに属します。
機構
上記のメカニズムに見られるように、ボルニル二リン酸合成酵素は、 GPPから(+)- ボルニル二リン酸への環化カスケードを触媒します。[1] GPP からの最初の金属活性化二リン酸の離脱に続いて、分子はリナリル二リン酸 (LPP) に異性化し、これが炭素-炭素結合の周りの回転を可能にし、その結果としてPPiグループが再結合します。[5]次に、ピロリン酸がテルピニルカチオンへの環化を安定化し、別の最後の環化により 2-ボルニルカチオンが生成されます。次に、この陽イオンは立体特異的な C–O 結合形成によって中和され、最後にピロリン酸が再結合して最終生成物である BPP が生成されます。[1] BPPS 構造を注意深く検討すると、以下でさらに詳しく説明する活性部位が基質のイソプレノイド官能基の位置と立体配座を導き、一方、二リン酸の位置は基本的に単一の場所と立体配座に固定されたままであることがわかります。[1]全体的に、ピロリン酸は酵素の活性部位で環化中に形成されるカルボカチオンを安定化させる上で重要な役割を果たします。これらの相互作用とピロリン酸の戦略的な配置が、最終段階でボルニルカチオンによるエンド特異的な再捕捉につながると考えられています。[6]
酵素の構造
ボルニル二リン酸合成酵素はホモ二量体異性化酵素であり、2 つのモノマーのそれぞれに 2 つの α ヘリックスドメインが含まれています。BPPS の場合、上記の反応機構に見られるように、C 末端ドメインはゲラニル二リン酸の環化を直接触媒しますが、N 末端ドメインは反応中に C 末端の活性部位への足場として機能します。[1] N 末端ドメインは、エピアリストロケン合成酵素やファルネシルトランスフェラーゼなどの他のテルペンシクラーゼと同様の α バレルを形成します。GPP などのリガンド複合体では、ボルニル二リン酸合成酵素は、特にアスパラギン酸に富むモチーフとの複数の水素結合相互作用を介して複合体を安定化します。[1]さらに、N 末端のアルギニンは、上記のセクションで説明した反応カスケードの最初の異性化ステップで安定化の役割を果たす可能性があります。一方、C末端ドメインには12個のαヘリックスが含まれており、環化が起こる疎水性活性部位を定義しています。C末端ドメインにある重要なアミノ酸セグメントは、必要なマグネシウム金属イオンが結合し、最初のピロリン酸の放出を可能にするものでもあります。具体的には、これはD351から始まるアスパラギン酸に富むドメインD DIY Dによって達成されます。太字はマグネシウムイオンと直接相互作用する残基を表し、隣の画像で説明されています。[1] [7]
2007 年末現在、このクラスの酵素については 7 つの構造が解明されており、PDBアクセス コードは 1N1B、1N1Z、1N20、1N21、1N22、1N23、1N24 です。
生物学的機能
植物の多くの特性は、ほぼ独占的にモノテルペン天然物に由来しています。植物は、調節、コミュニケーション、防御における分子機能のためにこれらの化合物を生成します。[8]たとえば、テルペンは強い臭いを持つことが多く、それらを生成する植物を草食動物から遠ざけ、その草食動物の捕食者を引き寄せることで保護する可能性があります。[9]現在までに特徴付けられたモノテルペンは、異なる単環式または二環式骨格に起因する構造的および機能的な多様性を明らかにしています。この構造的および立体化学的多様性にもかかわらず、すべてのモノテルペンは同じ基質であるゲラニル二リン酸（GPP）に由来します。[10] [11]上記のセクションで見られるように、このC10イソプレノイド前駆体の連続カルボカチオン中間体による環化は、金属依存性酵素によって触媒されます。この場合、BPPSはGPPをボルニル二リン酸に環化します。[8]しかし、たった一つの基質から多様な生成物が生成されることから、この多様性は酵素の変異の進化の結果であると結論づけることができる。それぞれの酵素は活性部位を持ち、異なる環化経路を介して中間体をシャペロンし、無数のモノテルペノイドを形成する。[12] [13]
産業的関連性
歴史的に、芳香植物は心地よい香り、料理への応用、治療の可能性のために使用されてきました。[14] [15]ボルニル二リン酸合成酵素は植物内で芳香族モノテルペノイドを形成する上で非常に重要であるため、この酵素は産業上重要な意味を持っています。具体的には、ほとんどの研究がサルビア・オフィシナリス由来のBPPSに焦点を当てている一方で、最近ではラベンダー由来のボルニル二リン酸合成酵素であるLaBPPSの研究にも関心が寄せられています。この関心は、いくつかのラベンダー・アンギスティフォリアの変種によって生産される高品質のラベンダー精油（EO）が香水業界で非常に求められているという事実から生じています。[14]サルビア・オフィシナリス由来のBPPSと比較して、LaBPPSはアミノ酸配列とそれが触媒する生成物にいくつかの違いが見られました。詳細には、 LaBPPSのカルボカチオン中間体は通常のBPPSよりも安定しており、 GPPをBPPに変換する効率が異なります。[14] LaBPPの発見は目新しいものであるため、これに関するさらなる研究は香水やフレグランス業界にとって大きな意味を持つ可能性が高い。
参考文献
- ^ abcdefg Whittington DA、Wise ML、Urbansky M、Coates RM、Croteau RB、Christianson DW (2002)。「ボルニル二リン酸合成酵素：構造とテルペノイドシクラーゼによるカルボカチオン操作戦略」。Proc . Natl . Acad. Sci. USA . 99 ( 24 ): 15375–80。Bibcode :2002PNAS...9915375W。doi : 10.1073 / pnas.232591099。PMC 137724。PMID 12432096。
- ^ Kampranis SC、Ioannidis D、Purvis A、Mahrez W、Ninga E、Katerelos NA、Anssour S、Dunwell JM、Degenhardt J、Makris AM、Goodenough PW、Johnson CB (2007 年 6 月)。「サルビアのモノテルペン合成酵素における基質および生成物特異性の合理的な変換: テルペン合成酵素機能の進化に関する構造的洞察」。Plant Cell。19 ( 6 ) : 1994–2005。doi :10.1105 / tpc.106.047779。PMC 1955729。PMID 17557809。
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