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| マレイン酸イソメラーゼ | |||||||||
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 Pseudomonas putida由来のマレイン酸イソメラーゼ | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 5.2.1.1 | ||||||||
| CAS番号 | 9023-74-9 | ||||||||
| 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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酵素学では、マレイン酸イソメラーゼ（EC 5.2.1.1）、またはマレイン酸シス-トランスイソメラーゼは、細菌で発見されたAsp/Gluラセマーゼスーパーファミリーのメンバーです。マレイン酸のC2-C3二重結合のシス-トランス異性化を触媒してフマル酸を生成します。[1]フマル酸はクエン酸回路の重要な中間体です。[2]触媒作用が起こるには、外因性のメルカプタンの存在が必要です。[3]
マレイン酸イソメラーゼによって触媒される全体的な異性化の図
マレイン酸イソメラーゼはブタン酸代謝、ニコチン酸およびニコチンアミド代謝に関与する。[4]ニコチン酸の代謝分解経路の最終段階に必須の酵素である。最近、マレイン酸イソメラーゼはタバコ廃棄物の分解の産業的ターゲットとなっている。[5] [6]アスパラギン酸およびマレイン酸の生成への関与でも注目されている。[7] [8] [9]
マレイン酸イソメラーゼは、 Pseudomonas fluorescens [3] 、Alcaligenes faecalis [10] 、Bacillus stearothermophilus [11] 、Serratia marcescens [8] 、Pseudomonas putida [12]、Nocardia farcinica [1 ]など、複数の細菌種によって利用されています。[5]この酵素の分子量は74,000で、1分間にタンパク質1モルあたり1,800モルの代謝回転数です。[3]
構造
他のAsp/Gluラセマーゼメンバーと同様に、マレイン酸イソメラーゼは、平坦な二量体表面を持つ2つの同一のプロトマーによって形成されます。 [13] [14]マレイン酸イソメラーゼの各プロトマーは、擬似二重対称性によって接続された2つのドメインを持ち、各ドメインは活性部位でのイソメラーゼ活性に重要な1つの触媒システインを提供します。[5]実験では、いずれかのシステインをセリンに置換すると、酵素の反応速度が大幅に低下することが示されている。[1]
触媒システインに加えて、活性部位の他のいくつかの残基は基質の認識に重要であり、反応中間体の安定化に役立ちます。[5] [1]たとえば、Pseudomonas putida S16 由来のマレイン酸イソメラーゼは Asn17 を使用し、Asn169 は Cys82 より遠位のマレイン酸のカルボキシル基と水素結合を形成します。[5] Tyr139 は Cys82 より近位のマレイン酸のカルボキシル基と水素結合します。 [5] Pro14 と Val84 はマレイン酸の C2 および C3 炭素原子とファンデルワールス相互作用を形成します。[5]
機構
マレイン酸イソメラーゼのメカニズムは、他の Asp/Glu ラセマーゼ メンバーと類似していると考えられていますが、完全には解明されていません。Nocardia farciniaマレイン酸イソメラーゼの提案されている反応メカニズムの 1 つは次のとおりです。[1] [9]マレイン酸イソメラーゼの活性部位では、Cys76 が最初に脱プロトン化され、求核剤としてより容易に作用します。[1]脱プロトン化された Cys76 の硫黄原子は、次にマレイン酸の C2 原子に直接求核攻撃を行い、C2 原子と共有結合します。[9] [1]同時に、Cys194 のチオールプロトンがマレイン酸の C3 原子に移動され、スクシニルシステイン中間体を形成します。[9] [1]新たに形成されたC2-C3単結合は回転し、Cys76S-C2結合は解離し、マレイン酸のC3原子はCys194によって脱プロトン化され、中性のCys194が再生されてフマル酸が形成される。[9] [1]ある種の細菌では、マレイン酸はマレイン酸イソメラーゼの空洞内に完全に埋もれており、酵素の表面には見えない。[5]
産業的関連性
マレイン酸イソメラーゼは、マレイン酸の異性化から、重合反応やエステル化反応の重要な構成要素であるフマル酸を生成するために使用することができます。 [7]マレイン酸は無水マレイン酸から生成されます。[7]
マレイン酸は、熱または触媒シス-トランス異性化によってフマル酸に変換することもできます。[15] [16]しかし、これらの変換方法は高温で行われるため、マレイン酸とフマル酸から副産物が生成され、結果として収量が平衡収率を下回ります。[17]この問題は、副産物なしで異性化を促進するマレイン酸イソメラーゼを使用した代替酵素戦略の主な動機でした。[7]
天然のマレイン酸イソメラーゼは中程度の温度でも不安定であることが知られています。[18]そのため、耐熱性マレイン酸イソメラーゼが設計され、応用されています。[7]たとえば、Bacillus stearothermophilus、Bacillus brevis、Bacillus sporothermodurans由来の耐熱性マレイン酸イソメラーゼがプロセスの改善に使用されました。[7] [17] Pseudomonas alcaligenes XD-1を使用した研究では、マレイン酸からフマル酸への変換率は95%にも達しました。[19] [20] [7]
参考文献
- ^ abcdefghi Fisch F, Fleites CM, Delenne M, Baudendistel N, Hauer B, Turkenburg JP, Hart S, Bruce NC, Grogan G (2010 年 8 月). 「マレイン酸イソメラーゼによるマレイン酸からフマル酸への酵素触媒変換における共有結合スクシニルシステイン様中間体」. Journal of the American Chemical Society . 132 (33): 11455–7. doi :10.1021/ja1053576. PMID 20677745.
- ^ Tanaka K, Kobayashi K, Ogasawara N (2003 年 9 月). 「枯草菌 YufLM 2 成分システムは、リンゴ酸トランスポーター MaeN (YufR) と YflS の発現を制御し、最小培地でのリンゴ酸の利用に必須である」. Microbiology . 149 (Pt 9): 2317–29. doi : 10.1099/mic.0.26257-0 . PMID 12949159.
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