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| グリシン分解Hタンパク質 | |||||||||
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 グリシン脱炭酸酵素のリポアミド含有タンパク質であるHタンパク質の2つの形態の2オングストロームと2.2オングストロームでの精密構造 | |||||||||
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| シンボル | 翻訳元 | ||||||||
| パム | PF01597 | ||||||||
| ファム一族 | CL0105 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1htp / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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| グリシン切断Tタンパク質、アミノメチルトランスフェラーゼ葉酸結合ドメイン | |||||||||
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 グリシン分解システムの構成要素の結晶構造：Pyrococcus horikoshii ot3 由来の T タンパク質、1.5 Å 解像度 | |||||||||
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| シンボル | 翻訳元 | ||||||||
| パム | PF01571 | ||||||||
| ファム一族 | CL0289 | ||||||||
| インタープロ | IPR006222 | ||||||||
| SCOP2 | 1pj5 / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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| グリシン切断Tタンパク質C末端バレルドメイン | |||||||||
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 グリシン分解システムのTタンパク質の結晶構造 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | 翻訳元 | ||||||||
| パム | PF08669 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1pj5 / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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グリシン分解システム( GCS ) は、グリシン脱炭酸酵素複合体またはGDCとしても知られています。このシステムは、アミノ酸グリシンの高濃度に反応して活性化される一連の酵素です。[1]同じ酵素セットは、逆方向に作動してグリシンを形成する場合、グリシン合成酵素と呼ばれることがあります。[2]グリシン分解システムは、T タンパク質、P タンパク質、L タンパク質、および H タンパク質の 4 つのタンパク質で構成されています。これらは安定した複合体を形成しないため、[3]「複合体」ではなく「システム」と呼ぶ方が適切です。H タンパク質は、他の 3 つのタンパク質と相互作用する役割を担い、グリシン脱炭酸の中間生成物の一部を運ぶシャトルとして機能します。[2]動物と植物の両方で、グリシン分解システムはミトコンドリアの内膜に緩く付着しています。この酵素系の変異はグリシン脳症と関連している。[2]
コンポーネント
関数
植物、動物、細菌では、グリシン分解システムによって次の可逆反応が触媒されます。
- グリシン + H 4葉酸 + NAD + ↔ 5,10-メチレン-H 4葉酸 + CO 2 + NH 3 + NADH + H +
酵素反応では、Hタンパク質がPタンパク質を活性化し、グリシンの脱炭酸反応を触媒して中間分子をHタンパク質に付着させ、Tタンパク質に運ばれます。[4] [5] Hタンパク質はTタンパク質と複合体を形成し、テトラヒドロ葉酸を使用してアンモニアと5,10-メチレンテトラヒドロ葉酸を生成します。Tタンパク質との相互作用後、Hタンパク質にはリポ酸基に完全に還元された2つのチオール基が残ります。[6] Hタンパク質が酸化されて活性部位のジスルフィド結合がLタンパク質との相互作用によって再生され、NAD +がNADHとH +に還元されると、グリシンタンパク質システムが再生されます。
セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼと結合すると、グリシン切断システムの全体的な反応は次のようになります。
- 2 グリシン + NAD + + H 2 O → セリン + CO 2 + NH 3 + NADH + H +
ヒトやほとんどの脊椎動物において、グリシン分解システムは、グリシンとセリンの最も重要な分解経路の一部です。これは主に、生合成における数少ないC 1供与体の1つである5,10-メチレンテトラヒドロ葉酸の形成によるものです。[2]この場合、グリシンの分解から得られたメチル基は、プリンやメチオニンなどの他の重要な分子に転移することができます。
この反応、ひいてはグリシン分解系は、C 3植物の光呼吸に必要である。グリシン分解系は、カルビン回路の不要な副産物から生成されるグリシンを、回路に再び入ることができるセリンに変換する。グリシン分解系によって生成されたアンモニアは、グルタミン合成酵素-グルタミンオキソグルタル酸アミノトランスフェラーゼ回路によって同化されるが、細胞はATPとNADPH をそれぞれ 1 つ消費する。利点は、細胞に誤って取り込まれる O 2 2 つごとにCO 2 が1 つ生成されるため、エネルギーを枯渇させる回路にいくらかの価値が生まれることである。これらの反応に関与するタンパク質を合わせると、ホウレンソウとエンドウの葉のミトコンドリアのタンパク質の約半分を構成する。[3]グリシン分解系は植物の葉に常に存在しているが、光にさらされるまでは少量である。光合成がピークを迎えると、グリシン分解系の濃度は10倍に増加します。[7]
嫌気性細菌であるクロストリジウム・アシディウリシでは、グリシン分解系は主にグリシン合成の方向に作用する。分解系を介したグリシン合成は、反応全体の可逆性により可能であるが、動物では容易には見られない。[8] [9]
臨床的意義
グリシン脳症は非ケトン性高グリシン血症（NKH）としても知られ、グリシン分解系の主要疾患であり、グリシン分解系の機能低下により体液中のグリシン濃度が上昇します。この疾患は1969年に初めて臨床的にグリシン分解系と関連付けられました。[10]初期の研究では、血液、尿、脳脊髄液中のグリシン濃度が高いことが示されました。炭素標識を使用した初期の研究では、肝臓でのCO2濃度とセリン生成の低下が示され、グリシン分解反応の欠陥が直接示されました。[ 11 ]さらなる研究により、Pタンパク質の5'領域の欠失と変異が非ケトン性高グリシン血症の主な遺伝的原因であることが示されました。[12] より稀なケースでは、Tタンパク質の遺伝子コードのミスセンス変異により、位置42のヒスチジンがアルギニンに変異し、非ケトン性高グリシン血症を引き起こすことも判明した。この特定の変異はTタンパク質の活性部位に直接影響を及ぼし、グリシン切断システムの効率を低下させた。[13]
参照
参考文献
- ^ Kikuchi G (1973年6月). 「グリシン分解システム：構成、反応機構、生理学的意義」. Mol. Cell. Biochem . 1 (2): 169–87. doi :10.1007/BF01659328. PMID 4585091. S2CID 22516474.
- ^ abcd Kikuchi G (2008). 「グリシン分解システム：反応機構、生理学的意義、および高グリシン血症」Proc. Jpn. Acad. Ser. B Phys. Biol. Sci . 84 (7): 246–63. Bibcode :2008PJAB...84..246K. doi :10.2183/pjab.84.246. PMC 3666648. PMID 18941301 .
- ^ abc Douce R, Bourguignon J, Neuburger M, Rébeillé F (2001年4月). 「グリシン脱炭酸酵素システム：魅力的な複合体」. Trends Plant Sci . 6 (4): 167–76. doi :10.1016/S1360-1385(01)01892-1. PMID 11286922.
- ^ 藤原 功、岡村 功、本川 裕 (1979 年 10 月)。「ニワトリ肝臓由来の水素キャリアタンパク質。精製、特性評価、およびグリシン分解反応における補欠分子族リポ酸の役割」。Arch . Biochem. Biophys . 197 (2): 454–462. doi :10.1016/0003-9861(79)90267-4. PMID 389161。
- ^ Pares S, Cohen-Addad C, Sicker L, Neuburger M, Douce R (1994 年 5 月). 「リポ酸含有タンパク質の 2.6A˚ 解像度での X 線構造決定。エンドウの葉由来のグリシンデクラボキシラーゼ複合体の H タンパク質」。Proc . Natl. Acad. Sci. USA . 91 (11): 4850–3. doi : 10.1073/pnas.91.11.4850 . PMC 43886 . PMID 8197146.
- ^ 藤原 功、岡村-池田 功、本川 勇（1984年9月）。「グリシン分解反応のメカニズム。Hタンパク質に結合した中間体とTタンパク質によって触媒される反応のさらなる特徴づけ」。J . Biol. Chem . 259（17）：10664-8。doi ：10.1016 / S0021-9258 （18）90562-4。PMID 6469978。
- ^ Oliver DJ、Neuburger M、 Bourguignon J 、 Douce R (1990 年 10 月)。「グリシン脱炭酸酵素多酵素複合体の構成酵素間の相互作用」。 植物生理学。94 (4 ) : 833–839。doi :10.1104/pp.94.2.833。PMC 1077305。PMID 16667785。
- ^ Gariboldi RT、Drake HL（1984年5月）。「プリン分解細菌Clostridium acidiuriciのグリシン合成酵素。グリシン-CO2交換システムの精製」。J . Biol. Chem . 259（10）：6085–6089。doi ：10.1016 / S0021-9258 （20）82108-5。PMID 6427207。
- ^ Kikuchi G, Hiraga K (1982年6月). 「ミトコンドリアのグリシン分解システム。グリシン脱炭酸反応のユニークな特徴」. Mol. Cell. Biochem . 45 (3): 137–49. doi :10.1007/bf00230082. PMID 6750353. S2CID 10115240.
- ^ 吉田 剛、菊池 剛、多田 健、成澤 功、荒川 哲也 (1969年5月)。「高グリシン血症の研究により明らかになったヒト肝臓におけるグリシン分解系の生理学的意義」。生化学。生物物理学。研究。コミュニケーション。35 ( 4): 577–83。doi : 10.1016 /0006-291x(69)90387-8。PMID 5788511。
- ^ Hayasaka K, Tada K, Fueki N, Nakamura Y (1987年6月). 「非ケトン性高グリシン血症：典型的および非典型的症例におけるグリシン分解系の解析」. J. Pediatr . 110 (6): 873–7. doi :10.1016/S0022-3476(87)80399-2. PMID 3585602.
- ^ 菅野 J、ハッチン T、鎌田 F、成沢 A、青木 Y、松原 Y、呉 S (2007 年 3 月)。 「GLDC内のゲノム欠失は非ケトン性高グリシン血症の主な原因です。」医学遺伝学ジャーナル。44 (3): e69。土井：10.1136/jmg.2006.043448。PMC 2598024。PMID 17361008。
- ^ Kure S、Mandel H、Rolland MO、Sakata Y (1998年4月)。「非ケトン性高グリシン血症を伴う大規模なイスラエル系アラブ人家系のTタンパク質遺伝子のミスセンス変異 (His42Arg)」。Hum. Genet . 102 (4): 430–4. doi :10.1007/s004390050716. PMID 9600239. S2CID 20224399。