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フルクトースビスリン酸アルドラーゼ（EC 4.1.2.13）は、しばしば単にアルドラーゼと呼ばれ、アルドールであるフルクトース 1,6-ビスリン酸をトリオースリン酸であるジヒドロキシアセトンリン酸（DHAP）とグリセルアルデヒド 3-リン酸（G3P）に分解する可逆反応を触媒する酵素です。アルドラーゼは、フルクトース 1-リン酸やセドヘプツロース 1,7-ビスリン酸などの他の（3S,4R）-ケトース1-リン酸からDHAPを生成することもできます。同化経路である糖新生とカルビン回路は逆反応を利用します。異化経路である解糖は順反応を利用します。アルドラーゼは、そのメカニズムによって 2 つのクラスに分類されます。
アルドラーゼという言葉は、より一般的には、アルドール反応（アルドールを生成する反応）またはその逆反応（アルドールを切断する反応）を行う酵素を指す。例えば、シアル酸アルドラーゼはシアル酸を生成する。アルドラーゼの一覧を参照のこと。
クラス I タンパク質は、高度に保存された活性部位のリジンと DHAPカルボニル炭素を連結するプロトン化されたシッフ塩基中間体を形成します。さらに、チロシン残基は、安定化水素受容体として作用することでこのメカニズムに不可欠です。クラス II タンパク質は、 Zn 2+のような二価カチオンでカルボニル基を分極させる別のメカニズムを使用します。大腸菌のガラクトールオペロンタンパク質 gatY とN-アセチルガラクトサミンオペロンタンパク質 agaY は、タガトース-ビスリン酸アルドラーゼであり、クラス II フルクトース-ビスリン酸アルドラーゼのホモログです。これらのホモログの配列の前半にある 2 つのヒスチジン残基が亜鉛の結合に関与していることが示されています。[ 1 ]
両クラスのタンパク質サブユニットはそれぞれ、活性部位を含むTIMバレルに折り畳まれたα/βドメインを持つ。複数のサブユニットが組み立てられて完全なタンパク質となる。両クラスの配列相同性は低い。
ごくわずかな例外を除いて、動物、植物、緑藻類ではクラス I タンパク質のみが見つかっている。[ 2 ]ごくわずかな例外を除いて、真菌類ではクラス II タンパク質のみが見つかっている。両クラスは他の真核生物や細菌で広く見つかっている。[ 3 ] 2 つのクラスは同じ生物に共存することが多い。植物や藻類は、通常の細胞質アルドラーゼに加えて、内共生の名残であることもあるプラスチドアルドラーゼを持っている。クラス I 機構を持つ二機能性フルクトース-ビスリン酸アルドラーゼ/ホスファターゼは、古細菌や一部の細菌で広く見つかっている。[ 4 ]この古細菌アルドラーゼの活性部位も TIM バレルにある。
糖新生と解糖は、6つの可逆反応を共有している。糖新生では、グリセルアルデヒド-3-リン酸がアルドラーゼによってフルクトース-1,6-ビスリン酸に還元される。解糖では、フルクトース-1,6-ビスリン酸がアルドラーゼによってグリセルアルデヒド-3-リン酸とジヒドロキシアセトンリン酸に変換される。糖新生と解糖で使用されるアルドラーゼは細胞質タンパク質である。
脊椎動物にはクラスIタンパク質の3つの形態が存在する。 アルドラーゼAは筋肉と脳に優先的に発現し、アルドラーゼBは肝臓、腎臓、腸管細胞に、アルドラーゼCは脳に発現する。アルドラーゼAとCは主に解糖に関与し、アルドラーゼBは解糖と糖新生の両方に関与する。[ 5 ]アルドラーゼBのいくつかの欠陥は遺伝性フルクトース不耐症を引き起こす。肝臓における遊離フルクトースの代謝は、アルドラーゼBがフルクトース1-リン酸を基質として利用する能力を利用している。[ 6 ]古細菌のフルクトース-ビスリン酸アルドラーゼ/ホスファターゼは、その生成物がフルクトース6-リン酸であるため、糖新生に関与していると考えられる。[ 7 ]
カルビン回路は炭素固定経路であり、光合成の一部で、二酸化炭素やその他の化合物をグルコースに変換する。カルビン回路と糖新生は、4つの可逆反応の連続を共有している。どちらの経路でも、3-ホスホグリセリン酸（3-PGAまたは3-PG）は、アルドラーゼが最後の反応を触媒してフルクトース1,6-ビスリン酸に還元される。5番目の反応は、どちらの経路でもフルクトース1,6-ビスホスファターゼによって触媒され、フルクトース1,6-ビスリン酸を加水分解してフルクトース6-リン酸と無機リン酸にする。自由エネルギーの大幅な減少により、この反応は不可逆的である。カルビン回路では、アルドラーゼはDHAPとエリスロース4-リン酸からセドヘプツロース1,7-ビスリン酸の生成も触媒する。カルビン回路の主な生成物は、DHAPとG3Pの混合物であるトリオースリン酸（TP）とフルクトース6-リン酸である。どちらもRuBPの再生に必要である。植物や藻類がカルビン回路で使用するアルドラーゼは、通常、核遺伝子によってコードされる色素体標的タンパク質である。
アルドラーゼは触媒する
そしてまた
アルドラーゼは、糖新生／解糖の可逆的な経路で使用される。
アルドラーゼは、糖新生と共通するカルビン回路の一部にも使用され、その最後の不可逆的なリン酸加水分解はフルクトース1,6-ビスホスファターゼによって触媒される。
糖新生において、3-PGはエノラーゼとホスホグリセリン酸ムターゼが連続的に作用することによって生成される。
カルビン回路では、3-PGはRuBisCOによって生成される。
G3P is produced by phosphoglycerate kinase acting in series with glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) in gluconeogenesis, and in series with glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (NADP+) (phosphorylating) in the Calvin cycle
Triose-phosphate isomerase maintains DHAP and G3P in near equilibrium, producing the mixture called triose phosphate (TP)
Thus both DHAP and G3P are available to aldolase.
Aldolase has also been implicated in many "moonlighting" or non-catalytic functions, based upon its binding affinity for many other proteins including F-actin, α-tubulin, light chain dynein, WASP, Band 3 anion exchanger, phospholipase D (PLD2), glucose transporter GLUT4, inositol trisphosphate, V-ATPase and ARNO (a guanine nucleotide exchange factor of ARF6). These associations are thought to be predominantly involved in cellular structure, however, involvement in endocytosis, parasite invasion, cytoskeleton rearrangement, cell motility, membrane protein trafficking and recycling, signal transduction and tissue compartmentalization have been explored.[8][9][10]
ウィキメディア・コモンズにあるフルクトース-ビスリン酸アルドラーゼ関連のメディア