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| コリスミ酸ムターゼ | |||||||||
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 遷移状態類似体が結合したコリスミ酸ムターゼの結晶構造 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 5.4.99.5 | ||||||||
| CAS番号 | 9068-30-8 | ||||||||
| 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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酵素学において、コリスミ酸ムターゼ（EC 5.4.99.5）は、フェニルアラニンとチロシンの生成経路（シキミ酸経路としても知られる）において、コリスミ酸をプレフェン酸に変換する化学反応を触媒する酵素である。したがって、この酵素は、 1つの基質（コリスミ酸）と1つの生成物（プレフェン酸）を有する。コリスミ酸ムターゼは、経路の分岐点にある。この酵素は、基質であるコリスミ酸をトリプトファンから遠ざけ、チロシンとフェニルアラニンの生合成に導く。[1] 細胞内でこれらの芳香族アミノ酸のバランスを維持する役割は極めて重要である。[2]これは、ペリ環式反応を触媒する天然酵素の唯一の既知の例である。[2] [注 1]コリスミ酸ムターゼは、真菌、細菌、高等植物にのみ見られる。このタンパク質のいくつかの品種は、アロステリック制御のモルフィンモデルを使用している可能性があります。[4]
タンパク質ファミリー
この酵素はイソメラーゼファミリーに属し、特に官能基を転移する分子内転移酵素に属します。この酵素クラスの系統名はコリスミ酸ピルビン酸ムターゼです。コリスミ酸ムターゼはヒドロキシフェニルピルビン酸シンターゼとしても知られ、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンの生合成に関与しています。[1]コリスミ酸ムターゼの構造は生物によって異なりますが、大部分はAroQファミリーに属し、3つのらせんサブユニットが絡み合ったホモ二量体が特徴です。このファミリーのほとんどのコリスミ酸ムターゼは大腸菌のものと似ています。たとえば、酵母のコリスミ酸ムターゼの二次構造は大腸菌のものと非常に似ています。AroQファミリーのコリスミ酸ムターゼは自然界でより一般的であり、原核生物に広く分布しています。[1]最適な機能を得るには、通常、プレフェン酸脱水素酵素などの別の酵素を併用する必要があります。これらのコリスミ酸ムターゼは、通常、二機能性酵素であり、同じポリペプチド鎖に2つの触媒能力が含まれています。[1]ただし、真核生物のコリスミ酸ムターゼは、単機能性であることがより一般的です。枯草菌などの生物では、コリスミ酸ムターゼの構造がまったく異なり、単機能性です。これらの酵素はAroHファミリーに属し、三量体α/βバレルトポロジーを特徴とします。[5]
触媒のメカニズム
コリスミ酸からプレフェン酸への変換は、芳香族アミノ酸であるチロシンとフェニルアラニンの生成経路における最初の重要なステップです。コリスミ酸ムターゼの存在により、反応速度は百万倍に増加します。[6]酵素触媒がない場合、このメカニズムは協調的でありながら非同期的なステップとして進行し、エネルギーを消費するプロセスです。この変換のメカニズムは正式にはクライゼン転位であり、Knowlesらによって報告された速度論的および同位体データによって裏付けられています。[7]
大腸菌と酵母コリスミ酸ムターゼは限られた配列相同性しかありませんが、活性部位には同様の残基が含まれています。酵母コリスミ酸ムターゼの活性部位には、Arg16、Arg157、Thr242、Glu246、Glu198、Asn194、およびLys168が含まれています。大腸菌の活性部位には、次の注目すべき交換を除いて同じ残基が含まれています：Asn194の代わりにAsp48、Glu248の代わりにGln88、およびThr242の代わりにSer84。酵素活性部位では、これらの特定の残基と基質との相互作用によって立体配座の自由度が制限されるため、活性化のエントロピーが実質的にゼロになり、それによって触媒が促進されます。その結果、正式な中間体は存在せず、擬似二軸椅子状の遷移状態になります。この立体配座の証拠は、ヒドロキシル基に直接結合した炭素における逆二次運動同位体効果によって提供される。 [6]この一見不利な配置は、一連の静電相互作用によって達成され、それがコリスミ酸の延長鎖をこの協調メカニズムに必要な立体配座に回転させる。
この酵素基質複合体のもう 1 つの安定化因子は、ビニルエーテル系酸素の孤立電子対と水素結合供与残基との間の水素結合である。これにより複合体が安定化されるだけでなく、ビニルエーテル内の共鳴が乱れることで基底状態が不安定になり、この変換のエネルギー障壁が減少する。別の見方では、分極遷移状態の静電的安定化がこの反応で非常に重要である。コリスミ酸ムターゼ活性部位では、遷移状態類似体は 12 の静電相互作用と水素結合相互作用によって安定化される。[8]これは、Arg90 がシトルリンに置き換えられた天然酵素の変異体で示され、遷移状態を安定化するための水素結合の重要性を実証している。[9] Bacillus subtilis由来のコリスミ酸ムターゼを使用した他の研究では、陽イオンが活性部位に適切に置かれると、陽イオンと負に帯電した遷移状態との間の静電相互作用によって触媒が促進されるという証拠が示された。[2]
コリスミ酸ムターゼによって触媒される反応における近攻撃コンフォーマー（NAC）の関連性を裏付けるために、追加の研究が行われました。このNACは、酵素内で遷移状態に直接変換される基底状態の反応性コンフォメーションです。熱力学的積分（TI）法を使用して、NAC形成の標準自由エネルギー（ΔG N °）を6つの異なる環境で計算しました。得られたデータは、効果的な触媒作用がNACと遷移状態の両方の安定化から得られることを示唆しています。[10]しかし、他の実験的証拠は、観察されたNAC効果が単に静電遷移状態の安定化の結果であることを裏付けています。[11] [12]
全体として、この反応の正確なメカニズムについては広範な研究が行われてきました。しかし、柔軟な基質の立体配座の制約、遷移状態への特定の水素結合、および静電相互作用が、観察された速度増加にどの程度寄与しているかについては、まだ議論が続いています。
注記
- ^ジメチルアリルトリプトファン合成酵素は コープ転位を触媒すると提案されているが、これはまだ明確に証明されていない[3]
参考文献
- ^ abcd Qamra R、Prakash P、Aruna B、Hasnain SE、Mande SC (2006 年 6 月)。「Mycobacterium tuberculosis のコリスミ酸ムターゼの 2.15 A 結晶構造は予期せぬ遺伝子重複を明らかにし、宿主-病原体相互作用における役割を示唆している」。生化学。45 ( 23 ): 6997–7005。doi :10.1021/bi0606445。PMID 16752890 。
- ^ abc カスト P、グリソストミ C、チェン IA、リー S、クレンゲル U、シュエ Y、ヒルベルト D (2000 年 11 月)。 「戦略的に配置されたカチオンは、コリスミ酸ムターゼによる効率的な触媒作用にとって重要です。」生物化学ジャーナル。275 (47): 36832–8。土井：10.1074/jbc.M006351200。PMID 10960481。
- ^ Luk LY、 Qian Q、 Tanner ME (2011 年 8 月)。「ジメチルアリルトリプトファン合成酵素によって触媒される反応におけるコープ転位?」アメリカ化学会誌。133 (32): 12342–5。doi :10.1021/ja2034969。PMID 21766851。
- ^ Selwood T、 Jaffe EK (2012 年 3 月)。「動的解離ホモオリゴマーとタンパク質機能の制御」。Archives of Biochemistry and Biophysics。519 (2): 131–43。doi : 10.1016 / j.abb.2011.11.020。PMC 3298769。PMID 22182754。
- ^ Babu M (1999). 「Mycobacterium tuberculosis および Mycobacterium leprae ゲノムからの Chorismate Mutase の注釈」(PDF).バイオテクノロジー センターの学部論文。
- ^ ab Lee AY、Stewart JD、Clardy J、Ganem B ( 1995年4月)。「構造研究によるコリスミ酸ムターゼの触媒メカニズムに関する新たな知見」。化学と生物学。2 (4): 195–203。doi : 10.1016 / 1074-5521 (95)90269-4。PMID 9383421。
- ^ Gray JV、 Knowles JR (1994 年 8 月)。「枯草菌由来の単機能コリスミ酸ムターゼ: FTIR 研究と酵素の作用メカニズム」。生化学。33 ( 33): 9953–9。doi :10.1021/bi00199a018。PMID 8061004 。
- ^ Grisham C (2017).生化学第6版. アメリカ合衆国: Brooks/Cole - Cengage Learning. p. 505. ISBN 978-1133106296。
- ^ Kienhöfer A、Kast P、Hilvert D (2003 年 3 月)。「正に帯電した水素結合供与体によるコリスミ酸ムターゼ遷移状態の選択的安定化」。アメリカ化学会誌。125 (11): 3206–7。doi :10.1021/ja0341992。PMID 12630863 。
- ^ Hur S, Bruice TC (2003 年 10 月). 「コリスミ酸からプレフェン酸への反応の研究に対する近距離アタック構造アプローチ」.米国科学アカデミー紀要. 100 (21): 12015–20. doi : 10.1073/pnas.1534873100 . PMC 218705. PMID 14523243 .
- ^ Strajbl M、Shurki A、Kato M、Warshel A (2003 年 8 月)。「コリスミ酸ムターゼにおける明らかな NAC 効果は、静電遷移状態の安定化を反映している」。アメリカ化学会誌。125 (34): 10228–37。doi : 10.1021/ja0356481。PMID 12926945 。
- ^ Burschowsky D, van Eerde A, Ökvist M, Kienhöfer A, Kast P, Hilvert D, Krengel U (2014 年 12 月). 「反応物の不安定化ではなく静電遷移状態の安定化が、コリスミ酸ムターゼの効率的な触媒作用の化学的基礎を提供する」。Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 111 (49): 17516–21. Bibcode :2014PNAS..11117516B. doi : 10.1073/pnas.1408512111 . PMC 4267393 . PMID 25422475.
