銅タンパク質は、補欠分子族として1つ以上の銅イオンを含むタンパク質です。銅タンパク質は、空気呼吸をするすべての生物に見られます。これらのタンパク質は通常、酸素（O 2 ）の関与の有無にかかわらず、電子伝達に関与しています。一部の生物は、鉄タンパク質の代わりに銅タンパク質を使用して酸素を運搬することさえあります。ヒトにおける主要な銅タンパク質は、シトクロムcオキシダーゼ（cco）です。この酵素ccoは、 ATPを生成する制御された燃焼を媒介します。[ 1 ] 他の銅タンパク質には、フリーラジカルに対する防御に使用されるいくつかのスーパーオキシドジスムターゼ、ホルモンの生成に使用されるペプチジル-α-モノオキシゲナーゼ、皮膚の色素沈着に影響を与えるチロシナーゼなどがあります。[ 2 ]
クラス
銅タンパク質中の金属中心はいくつかの種類に分類できます。[ 3 ]
- タイプ I 銅中心 (T1Cu)は、三角平面構造で2 つのヒスチジン残基と 1つのシステイン残基によって配位された単一の銅原子と、可変の軸配位子によって特徴付けられます。クラス I T1Cu タンパク質(アミシアニン、プラスチシアニン、プソイドアズリンなど) では、軸配位子はメチオニンの硫黄ですが、メチオニン以外のアミノ酸 (グルタミンなど) はクラス II T1Cu 銅タンパク質を形成します。アズリンは、第 3 タイプの T1Cu 中心を含みます。軸位置の 1 つにメチオニンがあるほか、2 番目の軸配位子 (グリシン残基のカルボニル基) を含みます。T1Cu を含むタンパク質は通常「クプレドキシン」と呼ばれ、類似した三次元構造、比較的高い還元電位 (> 250 mV)、および 600 nm 付近の強い吸収( S → Cu電荷移動による) を示し、通常は青色を呈します。そのため、クプレドキシンはしばしば「青色の銅タンパク質」と呼ばれます。しかし、一部のT1Cu中心は460 nm付近も吸収するため緑色に見えることから、これは誤解を招く可能性があります。EPR分光法で調べると、 T1Cu中心は（一般的な銅配位化合物と比較して）スペクトルの平行領域で小さな超微細分裂を示します。[ 4 ]
- タイプII銅中心（T2Cu）は、 NまたはN/O配位子による正方形平面配位を示します。これらは、通常の銅配位化合物で観察されるものと同様の、平行領域における銅超微細分裂を伴う軸方向EPRスペクトルを示します。硫黄配位が存在しないため、これらの中心の光スペクトルには特徴がありません。T2Cu中心は酵素中に存在し、酸化または酸素化を助けます。[ 5 ]
- タイプ III 銅中心 (T3Cu) は、それぞれ 3 つのヒスチジン残基によって配位された一対の銅中心から構成されます。これらのタンパク質は、架橋配位子との共有結合による重なりによって 2 つの S = 1/2 金属イオン間に強い反強磁性結合 (すなわちスピンペアリング) が生じるため、EPR シグナルを示しません。これらの中心は、一部の酸化酵素や酸素輸送タンパク質(例えば、ヘモシアニンやチロシナーゼ)に存在します。[ 6 ]
- 二核銅A中心（Cu A）は、シトクロムcオキシダーゼおよび亜酸化窒素還元酵素（EC 1.7.99.6 ）に見られる。2つの銅原子は、2つのヒスチジン、1つのメチオニン、タンパク質主鎖のカルボニル酸素、および2つの架橋システイン残基によって配位されている。[ 7 ]
- 銅B中心（Cu B）はシトクロムcオキシダーゼに存在する。銅原子は、三角錐型の幾何構造で3つのヒスチジンによって配位されている。
- 亜酸化窒素還元酵素には、四核銅Z中心（Cu Z）が存在する。4つの銅原子は7つのヒスチジン残基によって配位され、硫黄原子によって架橋されている。
青色銅タンパク質
青色銅タンパク質は、その鮮やかな青色にちなんで名付けられました。具体的には、λmax = 16,000 cm -1、モル吸光係数(ε) ∼5000 M -1 cm -1 です。[ 8 ]これらは電子伝達剤として機能し、活性部位は Cu(I) と Cu(II) の間を移動します。酸化状態の Cu 2+は、還元されたタンパク質で Cu 1+を形成するために 1 つの電子を受け取ることができます。Cu 中心の幾何学は、その酸化還元特性に大きな影響を与えます。大きな再編成の変化がないと、電子伝達の速度が速くなります。タイプ I 青色銅タンパク質の活性部位: 配位圏には 2 つの 2-ヒスチジン、1 つのメチオニン、および 1 つのシステインが存在します。そして、2 つのヒスチジンN ドナー、システインチオラート S ドナー、およびメチオニンチオエーテル S ドナーによって配位された単一のタイプ I 銅イオンがあります。 [ 9 ]酸化状態では、Cu +2イオンは三角両錐型または四面体型の配位を形成します。[ 9 ]タイプ 1 の銅タンパク質は、配位子から金属への電荷移動により 、電子吸収スペクトルに濃い青色の特徴を与える 600 nm の強いバンドが生じるため、青色銅タンパク質として識別されます。[ 10 ]タイプ I の青色銅タンパク質の例としては、プラスチシアニン、アズリン、亜硝酸還元酵素、 ヘモシアニン、チロシナーゼなどがあります。
銅イオンとシステイニルチオラートとの間の強い結合。
タイプI銅中心の構造と結合
青色銅タンパク質は、タイプ1の銅タンパク質の一種であり、クプレドキシン構造を持つ小型タンパク質である。
青色銅タンパク質の Cu 中心 (Cu-リガンド結合距離 (オングストローム))タイプ1の青色銅タンパク質であるアミシアニンのタンパク質構造は、青色銅タンパク質のβサンドイッチ構造によく見られるポリペプチドの折り畳みから構築されています。[ 11 ]この構造は、同じくタイプ1の銅タンパク質であるプラスチシアニンやアズリンと非常によく似ています。 [ 11 ]
青色銅タンパク質「エンタチオン状態」
Cu 2+錯体は、比較的遅い移動速度を示すことが多い。例として、Cu 2+/+アクア錯体があり、これは 5 × 10 −7 M −1 s −1であるのに対し、青色銅タンパク質は 1 ms ～ 0.1 μs である。[ 14 ]電子移動により、青色銅タンパク質の活性部位の Cu 2+状態は、ヤーン・テラー効果が最小化されるため最小化される。歪んだ幾何構造により、ヤーン・テラー歪みが防止される。非対称配位子場により、軌道縮退が解消される。[ 13 ]非対称配位子場は、強い赤道方向のシステイン配位子と弱い軸方向のメチオニン配位子によって影響を受ける。図 2 では、エネルギー準位図に 3 つの異なる関連する幾何構造とその d 軌道分裂が示されており、ヤーン・テラー効果は青色で示されている。[ 13 ] (i) は、縮退した a を持つ四面体幾何構造のエネルギー準位図を示している。四面体構造は、縮退した軌道のためにヤーン・テラー歪みを受ける可能性があります。(ii)は、縮退した2E基底状態を持つC3v対称幾何構造のエネルギー準位分裂図を示しています。C3v幾何構造は、還元部位の伸長したメチオニンチオエーテル結合によって形成されました。不対電子はヤーン・テラー効果につながります。(iii)は、より長いチオエステル結合とそれに続くより短いチオラート結合を持つCs幾何構造の基底状態エネルギー準位分裂図を示しています。これは、青色銅タンパク質の適切な幾何構造です。これは、ヤーン・テラー効果が存在しないことを示しています。エネルギー図は、短いCu-S(Cys)結合の非対称性と、大きく歪んだCu-L結合角によって軌道の縮退が解消され、それによってCu-S(Met)の弱いドナーとCu-S(Met)の強いドナーによるヤーン・テラー効果が解消されることを示しています。[ 13 ]
参考文献
- ↑ Lontie R 編 (2018).銅タンパク質と銅酵素. 第 III 巻. CRC Press. ISBN 9781315891798。
- ↑チュロンコウスカ、アンナ。リトウィン、トマシュ。ドゥセク、ペトル。フェレンチ、ピーター。ルツェンコ、スヴェトラーナ。メディチ、ヴァレンティーナ。リバコウスキー、ヤヌシュ・Ｋ．ヴァイス、カール・ハインツ。マイケル L. シルスキー (2018)。「ウィルソン病」。Nature は病気のプライマーをレビューします。4 (1): 21.土井: 10.1038/s41572-018-0018-3。PMC 6416051。PMID 30190489。
- ↑ Holm RH、Kennepohl P、Solomon EI (1996 年 11 月)。「生物における金属部位の構造的および機能的側面」。Chemical Reviews。96 ( 7 ) : 2239–2314。doi : 10.1021 / cr9500390。PMID 11848828。
- ↑ Arcos-López, Trinidad; Schuth, Nils; Quintanar, Liliana (2020), "第3章：タイプ1ブルー銅サイト：電子移動から生物学的機能へ", Sosa Torres, Martha E.; Kroneck, Peter MH (編)、遷移金属と硫黄：生命にとっての強い関係、生命科学における金属イオン（シリーズ編集者：Astrid Sigel、Eva Freisinger、Roland KO Sigel）、第20巻、ベルリン/ボストン：de Gruyter、doi：10.1515/9783110589757-003
- ↑ Klinman JP (1996年11月)「単核銅タンパク質が有機基質を機能化するメカニズム」Chemical Reviews . 96 (7): 2541–2562 . doi : 10.1021/cr950047g . PMID 11848836 . 。
- ↑ Lewis EA、Tolman WB (2004)。「二酸素-銅系の反応性」。Chemical Reviews。104 ( 2 ) : 1047–1076。doi : 10.1021 / cr020633r。PMID 14871149。
- ↑ Solomon EI、Sundaram UM 、 Machonkin TE (1996年11月)。「マルチ銅酸化酵素とオキシゲナーゼ」。Chemical Reviews。96 ( 7 ): 2563–2606。doi : 10.1021/cr950046o。PMID 11848837。
- ↑ Solomon, Edward I.; Szilagyi, Robert K.; Debeer George, Serena; Basumallick, Lipika (2004). "タンパク質およびモデルにおける金属部位の電子構造：青色銅タンパク質の機能への寄与". Chemical Reviews . 104 (2): 419– 458. doi : 10.1021/cr0206317 . PMID 14871131 .
- 1 2 Malmström BG ( 1994). 「青色銅タンパク質におけるラック誘導結合」。EJB Reviews 1994。ベルリン・ハイデルベルク：Springer。pp. 157–164。doi ： 10.1007 /978-3-642-79502-2_12。ISBN 978-3-540-58830-6。
- ↑ Bertini I (2007-07-01).生物学的無機化学: 構造と反応性. S2CID 93183803 .
- 1 2 De Rienzo F、Gabdoulline RR、Menziani MC、Wade RC (2000 年 8 月)。 「青色銅タンパク質：その分子間相互作用特性の比較分析」。Protein Science。9 ( 8 ): 1439–54。doi : 10.1110 / ps.9.8.1439。PMC 2144732。PMID 10975566 。
- ↑ Warren JJ、Lancaster KM、Richards JH 、Gray HB ( 2012年10 月)。 「青色銅タンパク質における内圏および外圏金属配位」。Journal of Inorganic Biochemistry。115 : 119–26。doi : 10.1016 / j.jinorgbio.2012.05.002。PMC 3434318。PMID 22658756。
- 1 2 3 4 Solomon EI、Hadt RG (2011 年 4月)。「青色銅タンパク質の理解における最近の進歩」。Coordination Chemistry Reviews。255 ( 7–8 ) : 774–789。doi : 10.1016 / j.ccr.2010.12.008。
- ↑ Comba, Peter (2000 年 5 月) 「エンタティック状態の配位化合物」 . Coordination Chemistry Reviews . 200– 202: 217– 245. doi : 10.1016/s0010-8545(00)00265-4 . ISSN 0010-8545 .
