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| EPSP 合成酵素 (3-ホスホシキミ酸 1-カルボキシビニルトランスフェラーゼ) | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 2.5.1.19 | ||||||||
| CAS番号 | 9068-73-9 | ||||||||
| 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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| EPSP 合成酵素 (3-ホスホシキミ酸 1-カルボキシビニルトランスフェラーゼ) | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | EPSP_シンターゼ | ||||||||
| パム | PF00275 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00097 | ||||||||
| SCOP2 | 1eps / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸（EPSP）シンターゼは、植物や微生物によって生成される酵素です。EPSPS は次の化学反応を触媒します。
- ホスホエノールピルビン酸 (PEP) + 3-ホスホシキミ酸(S3P) ⇌ リン酸 + 5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸 (EPSP)
したがって、この酵素の 2 つの基質はホスホエノールピルビン酸 (PEP) と 3-ホスホシキミ酸であり、2 つの生成物はリン酸と 5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸 です。
この酵素は動物のゲノムには存在しないため、グリホサートなどの除草剤の魅力的なターゲットとなっている。この酵素の遺伝子のグリホサート耐性バージョンは、遺伝子組み換え作物に組み込まれている。
命名法
この酵素は、メチル基以外のアリール基またはアルキル基を転移するトランスフェラーゼファミリーに属します。この酵素クラスの系統名は、ホスホエノールピルビン酸:3-ホスホシキミ酸 5- O -(1-カルボキシビニル)-トランスフェラーゼです。よく使われる他の名前には次のものがあります。
- 5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸合成酵素、
- 3-エノールピルビルシキミ酸5-リン酸合成酵素、
- 3-エノールピルビルシキミ酸-5-リン酸合成酵素、
- 5′-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸合成酵素、
- 5-エノールピルビル-3-ホスホシキミ酸合成酵素、
- 5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸合成酵素、
- 5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸合成酵素、
- エノールピルビルシキミ酸リン酸合成酵素、および
- 3-ホスホシキミ酸1-カルボキシビニルトランスフェラーゼ。
構造
EPSP合成酵素は、分子量が約46,000の単量体酵素です。[2] [3] [4] 2つのドメインがタンパク質鎖でつながった構造で、タンパク質鎖はヒンジとして機能し、2つのドメインが互いに近づくことができます。基質が酵素に結合すると、構造変化によってドメインが活性部位で基質を挟み込みます。
EPSP合成酵素は、グリホサートに対する感受性に基づいて2つのグループに分類されます。植物や一部の細菌に含まれるクラスI酵素は、低マイクロモル濃度のグリホサートによって阻害されます。他の細菌に含まれるクラスII酵素は、グリホサート阻害に耐性があります。[5]
シキミ酸経路
EPSP合成酵素は、細菌、真菌、植物においてシキミ酸経路を介して 芳香族アミノ酸フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンの生合成に関与している。EPSP合成酵素は植物と微生物によってのみ生成され、それをコードする遺伝子は哺乳類ゲノムには存在しない。[6] [7]一部の動物の腸内細菌叢にはEPSPSが含まれている。[8]
反応
EPSP合成酵素は、シキミ酸-3-リン酸とホスホエノールピルビン酸を、アセタール様四面体中間体を経て5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸（EPSP）に変換する反応を触媒する。[9] [10]活性部位の塩基性アミノ酸と酸性アミノ酸は、それぞれPEPのヒドロキシル基の脱プロトン化と四面体中間体自体に関連するプロトン交換段階に関与している。 [11]
この反応の酵素速度論の研究により、プロセスの各ステップの特定の順序とエネルギーが決定されました。[12]中性に帯電したリジン（lys-22）は一般的な塩基として機能し、 S3Pのヒドロキシル基を脱プロトン化して、結果として生じるオキシアニオンがPEPの最も求電子性の炭素原子を攻撃できるようにします。グルタミン酸（glu-341）は、プロトンを供与することにより一般的な酸として機能します。次に、脱プロトン化されたglu-341は塩基として機能し、プロトンを取り戻し、S3P基はプロトン化されたリジンによって蹴られてプロトン化されます。
除草剤のターゲット
EPSP合成酵素は除草剤グリホサートの生物学的標的である。[13] グリホサートはEPSP合成酵素の競合的阻害剤であり、 PEPよりもEPSPS-S3P複合体に強く結合し、シキミ酸経路を阻害する遷移状態類似体として作用する。この結合は酵素の触媒を阻害し、経路を停止させる。最終的には、生物が生存するために必要な芳香族アミノ酸の不足により生物が死に至る。[5] [14]
モンサント社の科学者は、試行錯誤の末、アグロバクテリウム株のCP4（Q9R4E4 ）で、グリホサートに耐性を持ちながらも、植物の適切な成長を促すのに十分な効率を持つ酵素のバージョンを特定しました。CP4株は、グリホサート生産施設の廃棄物供給カラムで生存しているのが発見されました。CP4 EPSP合成酵素は、いくつかの遺伝子組み換え作物に組み入れられています。[5] [15]
参考文献
- ^ Priestman MA、Healy ML、Funke T、Becker A、Schönbrunn E (2005 年 10 月)。「5-エノールピルビルシキミ酸 3-リン酸合成酵素とシキミ酸の反応におけるグリホサート非感受性の分子的根拠」。FEBS Letters。579 ( 25 ) : 5773–5780。Bibcode : 2005FEBSL.579.5773P。doi : 10.1016 / j.febslet.2005.09.066。PMID 16225867。S2CID 26614581 。
- ^ Goldsbrough P (1990). 「グリホサート耐性タバコ細胞における遺伝子増幅」. Plant Science . 72 (1): 53–62. Bibcode :1990PlnSc..72...53G. doi :10.1016/0168-9452(90)90186-r.
- ^ Abdel-Meguid SS、 Smith WW 、 Bild GS（1985年12月）。「大腸菌由来5-エノールピルビルシキミ酸3-リン酸合成酵素の結晶化」。分子生物学ジャーナル。186 （3）：673。doi ：10.1016/0022-2836（85）90140-8。PMID 3912512 。
- ^ Ream JE、Steinrücken HC、Porter CA、Sikorski JA (1988 年 5 月)。「暗所で生育したソルガム ビカラーの苗からの 5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸合成酵素の精製と特性」。植物生理学。87 (1): 232–238。doi :10.1104 / pp.87.1.232。PMC 1054731。PMID 16666109。
- ^ abc Pollegioni L、Schonbrunn E 、 Siehl D（2011年8月）。「グリホサート耐性の分子的基礎 - タンパク質を介したさまざまなアプローチ」。The FEBS Journal。278（16）：2753–2766。doi ： 10.1111 /j.1742-4658.2011.08214.x。PMC 3145815。PMID 21668647。
- ^ Funke T, Han H, Healy-Fried ML, Fischer M, Schönbrunn E (2006 年 8 月). 「ラウンドアップレディ作物の除草剤耐性の分子的根拠」.米国科学アカデミー紀要. 103 (35): 13010–13015. Bibcode :2006PNAS..10313010F. doi : 10.1073/pnas.0603638103 . JSTOR 30050705. PMC 1559744. PMID 16916934 .
- ^ Maeda H, Dudareva N (2012). 「植物におけるシキミ酸経路と芳香族アミノ酸生合成」。Annual Review of Plant Biology . 63 (1): 73–105. doi :10.1146/annurev-arplant-042811-105439. PMID 22554242.
AAA経路は、シキミ酸経路（プレコリスミ酸経路）と、Trp、Phe、およびTyrにつながる個々のポストコリスミ酸経路で構成されています。...これらの経路は、細菌、真菌、植物、および一部の原生生物に見られますが、動物には存在しません。したがって、AAAとその誘導体（ビタミン）の一部は、人間の食事に不可欠な栄養素ですが、動物では、PheヒドロキシラーゼによってPheからTyrを合成できます。...動物にはAAA経路がないため、これらの経路は抗菌剤や除草剤の魅力的なターゲットにもなります。
- ^ Cerdeira AL、Duke SO (2006)。「グリホサート耐性作物の現状と環境への影響：レビュー」。環境品質ジャーナル。35 (5): 1633–1658。Bibcode :2006JEnvQ..35.1633C。doi :10.2134/jeq2005.0378。PMID 16899736 。
- ^ Furdui CM、Anderson KS (2010)。「8.18.4.1.1. EPSP シンターゼ: 四面体ケタールリン酸酵素中間体」。包括的天然物 II。化学と生物学。化学、分子科学、化学工学の参照モジュール。第 8 巻。pp. 663–688。doi :10.1016/B978-008045382-8.00158-1 。
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- ^ Park H, Hilsenbeck JL, Kim HJ, Shuttleworth WA, Park YH, Evans JN, et al. (2004 年 2 月). 「Streptococcus pneumoniae EPSP 合成酵素の非結合状態、四面体中間体結合状態、および S3P-GLP 結合状態における構造研究」. Molecular Microbiology . 51 (4): 963–971. doi : 10.1046/j.1365-2958.2003.03885.x . PMID 14763973. S2CID 45549442.
- ^ Anderson KS、Sikorski JA、Johnson KA（1988 年9月）。「急速消光速度論によって観察されたEPSP合成酵素反応における四面体中間体」。生化学。27 （19）：7395–7406。doi ：10.1021/bi00419a034。PMID 3061457 。
- ^ Fonseca EC、da Costa KS、Lameira J、Alves CN、Lima AH (2020年12月)。「グリホサートに対するEPSP合成酵素変異体P106TおよびT102I/P106Sの標的部位耐性の調査」。RSC Advances。10 ( 72 ) : 44352–44360。Bibcode : 2020RSCAd..1044352F。doi : 10.1039 / D0RA09061A。PMC 9058485。PMID 35517162。
- ^ Schönbrunn E, Eschenburg S, Shuttleworth WA, Schloss JV, Amrhein N, Evans JN, et al. (2001年2月). 「除草剤グリホサートとその標的酵素5-エノールピルビルシキミ酸3-リン酸合成酵素との相互作用の原子レベルでの詳細」。米国 科学アカデミー紀要。98 ( 4):1376–1380。Bibcode : 2001PNAS ...98.1376S。doi : 10.1073/ pnas.98.4.1376。PMC 29264。PMID 11171958。
- ^ Green JM、Owen MD (2011 年 6 月)。「除草剤耐性作物: 除草剤耐性雑草管理の有用性と限界」。農業および食品化学ジャーナル。59 (11): 5819–5829。Bibcode :2011JAFC...59.5819G。doi : 10.1021 / jf101286h。PMC 3105486。PMID 20586458 。
