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| ムコン酸シクロイソメラーゼ | |||||||||
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 ムコン酸シクロイソメラーゼオクタマー、Thermotoga maritima | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 5.5.1.1 | ||||||||
| CAS番号 | 9023-72-7 | ||||||||
| 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 | ||||||||
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ムコン酸ラクトン化酵素（EC 5.5.1.1、ムコン酸シクロイソメラーゼI、cis,cis-ムコン酸ラクトン化酵素、cis,cis-ムコン酸シクロイソメラーゼ、4-カルボキシメチル-4-ヒドロキシイソクロトノラクトンリアーゼ（脱環化）、CatB、MCI、MLE、2,5-ジヒドロ-5-オキソフラン-2-酢酸リアーゼ（脱環化））は、土壌微生物のβ-ケトアジペート経路の一部として、リグニン由来の芳香族、カテコールおよびプロトカテク酸をクエン酸回路中間体へ分解する反応に関与している。一部の細菌種は、クロロムコン酸ラクトン化酵素の作用によりクロロ芳香族化合物を脱ハロゲン化することもできる。 MLEは、反応に有利な可変部分を持つ複数の鎖で構成されているため、鎖の構成はプロトンを受け入れる能力に影響します。[1]細菌のMLEはエノラーゼスーパーファミリーに属し、いくつかの構造が知られています。[2] [3] [4] MLEは、2つのタンパク質と2つのマグネシウムイオンで構成された識別構造と、細菌か真核生物かに応じてさまざまなクラスを持っています。[5] [6] MLEが受ける反応メカニズムは、エノラートのα炭素がプロトン化されるβ脱離の逆です。[7] MLEは、catB構造遺伝子の欠失によって引き起こされる変異を受ける可能性があり、一部の細菌は増殖能力などの機能を失う可能性があります。[8] MLEにさらなる変異が起こると、その構造と機能が変化したり、立体配座が変化して基質に結合できない不活性酵素になる可能性があります。[1]マンデレートラセマーゼと呼ばれる別の酵素があり、構造的にMLEと非常によく似ており、両方ともエノラーゼスーパーファミリーの一部です。最終生成物に到達するために異なる化学反応を経るにもかかわらず、どちらも同じ最終生成物を持ちます。[9] [10]
構造
ムコン酸ラクトン化酵素(MLE)の構造は、7 枚羽根のベータプロペラで構成され、それが属するクラスの種類に基づいてさまざまな変更が加えられています。MLE には、細菌 MLE、細菌 CMLE、真核生物 MLE/CMLE の 3 つのクラスがあります。細菌 MLE は TIM バレルで構成され、Syn 立体化学で配置されていますが、細菌 CMLE は Anti 立体化学で配置されています。真核生物 MLE/CMLE に関しては、Syn 立体化学で配置されています。真核生物 MLE/CMLE は、他の酵素ファミリーとの配列類似性はありませんが、細菌 MLE はエノラーゼスーパーファミリーと類似していることがわかっており、細菌 CMLE はクラス II フマラーゼと類似しています。[6]
構造自体は、アミノ酸の鎖からなる2つのタンパク質分子と、2つのマグネシウムイオンである2つの化学物質で構成されています。[5]
関数
大規模に見ると、MLE は細菌の β-ケトアジペート経路を触媒し、植物に含まれる芳香族リグニンをクレブス回路の中間体に分解します。一部の MLE は Cl でハロゲン化でき、微生物内で若干異なる機能を果たします。ハロゲン化 MLE はハロゲン化芳香族から Cl を除去し、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸の分解を可能にします。この独自の機能により、これらの微生物をバイオレメディエーションに使用して、除草剤に汚染された土壌の毒性を減らすことができます。[1]より具体的には、MLE には複数の鎖があります。量子力学/分子力学(QM/MM) 分析によると、一部の鎖には、より反応に有利な部分が含まれています。MLE の 2 番目の鎖には、それぞれアンチまたはシンのどの構成であるかに応じて Lys-162 または Lys-168 でプロトンを受け入れることができる塩基性残基が含まれています。 2本目の鎖上の塩基性残基は、6本目の鎖とは対照的にエネルギー表面の形成に使用されることが示唆されている。Mycobacterium smegmatisに見られるMLEは抗MLEであり、ムコノラクトン（ムコネートラクトン）の抗産物を生成するが、Pseudomonas fluorescensはsyn-MLEを使用してsyn産物を生成する。[11]
メカニズムと作用
ムコン酸ラクトン化酵素（MLE）は、マンデル酸ラセマーゼ（MR）とは逆の反応機構を持ち、 β脱離の逆である。そのため、エノラートのα炭素は脱プロトン化されるのではなくプロトン化される。しかし、このプロトン化は反応において熱力学的に好ましいステップである。また、MRと同様に、MLEでもエノラート中間体の形成が依然として中心的な触媒問題であり、したがって律速段階となる。さらに、MLEは基質を結合させることで触媒を促進し、カルボキシレートの求核性を高めてラクトンを生成することができる。[11]
ムコン酸ラクトン化酵素は、同じ 1,2 付加脱離反応を触媒するように作用します。これは、金属補因子の有無にかかわらず行うことができます。土壌微生物では、Cis、cis- ムコン酸 (基質) は、MLE によってムコノラクトン (生成物) に変換されます。この化学反応は、リグニンなどの芳香族化合物をクエン酸回路の中間体に分解する好気性異化経路である β-ケトアジペート経路の一部です。β-ケトアジペート経路には、1) カテコール分岐と 2) プロトカテク酸分岐の 2 つの主な分岐があります。カテコール分岐は、cis、cis- ムコン酸ラクトン化酵素で構成され、プロトカテク酸分岐はカルボキシ - cis、cis- ムコン酸ラクトン化酵素で構成されます。両方の反応は、クエン酸回路につながるコハク酸 + アセチル CoA を形成します。[6]一方、マンデレートラセマーゼは、カルボアニオン中間体を生成することによってα炭素における配置の反転を触媒するように作用する。[12]
突然変異
ムコン酸乳酸生成酵素の変異は、 catB構造遺伝子の欠失と、 catBおよびcatC 遺伝子の両方の多面的活性の喪失によって引き起こされる可能性があります。[8] Pseudomona putida という微生物は、ムコン酸乳酸生成酵素のcatB遺伝子の欠失により、成長能力を失います。Pseudomona putida（低温感受性変異体）は通常30℃で成長しますが、 cis、cis-ムコン酸乳酸生成酵素 の変異の結果、 15℃でも成長能力を失います。低温では、変異酵素はその機能を失うのではなく、その特定の酵素をコードする構造遺伝子がその温度で遺伝子を発現する能力を失います。[13]
さらに、突然変異は酵素の構造と機能の変化にもつながります。ムコン酸ラクトン化酵素の突然変異によって生じる異なる構造は、Cl-ムコン酸ラクトン化酵素です。Cl-ムコン酸ラクトン化酵素には、オープンとクローズの2種類の構造があります。[1]突然変異により、アミノ酸がSer99に切り替わり、Gly48に水素結合します。これにより生じる構造は、活性部位が閉じています。したがって、ムコン酸ラクトン化酵素からCl-ムコン酸ラクトン化酵素へのこの変化は、活性部位の結合能力の動的な違いをもたらします。最後に、結合能力の変化により、脱ハロゲン化反応がそれ以上進行しなくなります。注目すべき重要な点の1つは、Gly48からThr52への構造変化はあり得ないことです。これは、Gly48が置き換えられると、ポリペプチドがねじれなくなるためです。また、Thr52とGlu50は水素結合しています。[7]
ムコン酸ラクトン化酵素の変異による構造のさらなる変化は、21-30ループをもたらす可能性があります。これは、アミノ酸の極性の違いを示すため、活性部位に大きな違いをもたらす可能性があります。Cl -ムコン酸ラクトン化酵素では、Ile19とMet21は、ムコン酸ラクトン化酵素のHis22（Ile19と同じ位置）と比較して極性が低くなります。したがって、これは活性部位の疎水性コア構造の違いにつながります。
酵素は基質に対して非常に特異的であり、生成物の形成は酵素基質活性に依存します。Cl-ムコン酸ラクトン化酵素の変異体であるSer271AlaおよびIle54Valをもたらした点突然変異は、脱ハロゲン化活性の大幅な低下を示しました。[1]ムコン酸ラクトン化酵素のAspからAsnへの、またはGluからGlnへの突然変異の利点の1つは、金属リガンドが触媒プロセスと結合部位に与える影響を理解するのに役立つことです。
比較ムコン酸ラクトン化酵素そしてマンデル酸ラセマーゼ
マンデル酸ラセマーゼはムコン酸ラクトン化酵素と強い関係があります。ムコン酸ラクトン化酵素とマンデル酸ラセマーゼは、シュードモナス プチダの分解プロセスに必要な異なる化学反応を触媒しますが、構造的には非常によく似ています。ネイチャー インターナショナル ジャーナル オブ サイエンスによると、両方の酵素は「一次構造が 26% 同一」です。ネイチャー インターナショナル ジャーナル オブ サイエンスによると、この相同構造の特徴は共通の祖先から進化したと言われています。この特徴は、代謝経路の酵素活性の修正に役立ちます。[9]
ペリー・A・フレイとデクスター・B・ノースロップの著書「酵素機構」によると、ムコン酸ラクトン化酵素とマンデル酸ラセマーゼはともにエノラーゼスーパーファミリーのメンバーである。両酵素の化学反応は異なるが、どちらも最終生成物は同じで、アルファ炭素からプロトンを抽出してカルボキシレートイオンにする。これら2つの酵素の構造が類似していることの利点の1つは、高品質の構造アラインメントを生成し、組成を改善して反応速度を高めるのに役立つことである。[10]
次の表は、両方の酵素間の類似点のいくつかを識別するのに役立ちます。
類似点は非常に多いですが、これら 2 つの酵素の違いは、結晶形態での酵素のパッケージングの違いを理解するのに役立ちます。次の表は、両方の酵素の違いのいくつかを識別するのに役立ちます。
参考文献
- ^ abcde Kajander T、Lehtiö L、 Schlömann M、Goldman A (2003 年 9 月)。「Pseudomonas P51 Cl-muconate ラクトン化酵素の構造: 脱ハロゲン化機能との構造およびダイナミクスの共進化」。タンパク質 科学。12 ( 9): 1855–64。doi :10.1110 / ps.0388503。PMC 2323983。PMID 12930985。
- ^ Ornston LN (1966年8月). 「Pseudomonas putidaによるカテコールとプロトカテク酸のβ-ケトアジペートへの変換。3. カテコール経路の酵素」. The Journal of Biological Chemistry . 241 (16): 3795–9. doi : 10.1016/S0021-9258(18)99841-8 . PMID 5330966.
- ^ Ornston, LN (1970). 「カテコールとプロトカテク酸のβ-ケトアジペートへの変換 (Pseudomonas putida)」。アミノ酸とアミンの代謝パート A。酵素学の方法。第 17A 巻。pp. 529–549。doi :10.1016/0076-6879(71) 17237-0。ISBN 9780121818746。
- ^ Sistrom WR、 Stanier RY（1954年10月）。「細菌によるβ-ケトアジピン酸の形成メカニズム」。The Journal of Biological Chemistry。210 （ 2）：821–36。doi ：10.1016/S0021-9258（18）65409-2。PMID 13211620 。
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外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)にある cis,cis-ムコン酸+ラクトン化+酵素
