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| チオグルコシダーゼ（ミロシナーゼ） | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Sinapis alba由来のミロシナーゼ。 PDB 1e4m [1] | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 3.2.1.147 | ||||||||
| CAS番号 | 9025-38-1 | ||||||||
| 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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ミロシナーゼ（EC 3.2.1.147、チオグルコシドグルコヒドロラーゼ、シニグリナーゼ、シニグラーゼ）は、草食動物、特にマスタードオイル爆弾に対する植物の防御に関与する酵素ファミリーです。3次元構造が解明されており、PDBで利用可能です（情報ボックスのリンクを参照）。
グリコシド加水分解酵素ファミリーの一員であるミロシナーゼは、より普遍的なO-グリコシダーゼといくつかの類似点を持っています。[2] [3]しかし、ミロシナーゼは、チオ結合したグルコースを切断できる自然界で発見された唯一の酵素です。その既知の生物学的機能は、グルコシノレートと呼ばれる化合物のクラスの加水分解を触媒することです。[4]
ミロシナーゼ活性
ミロシナーゼは防御関連酵素と考えられており、グルコシノレートを様々な化合物に加水分解することができ、その一部は毒性があります。[5]
機構
- チオグルコシド + H 2 O糖 + チオール
したがって、この酵素の2 つの基質はチオグルコシドとH 2 Oであり、 2 つの生成物は糖とチオールです。
水の存在下で、ミロシナーゼはグルコシノレートからグルコース基を切断します。残った分子はすぐにチオシアネート、イソチオシアネート、またはニトリルに変換されます。これらは植物の防御として機能する活性物質です。ミロシナーゼによるグルコシノレートの加水分解では、 pHや特定の補因子の存在など、さまざまな生理学的条件に応じて、さまざまな生成物が生成されます。既知の反応はすべて、同じ初期ステップを共有することが観察されています (図 2 を参照) 。 最初に、β-チオグルコシド結合がミロシナーゼによって切断され、D-グルコースが放出されます。結果として生じるアグリコンは、自発的なロスセンのような転位を受けて、硫酸塩が放出されます。メカニズムの最後のステップは、反応が起こる生理学的条件によって最も多様です。中性pHでは、主な生成物はイソチオシアネートです。酸性条件（pH < 3）で、鉄イオンまたはエピチオスペシファータンパク質が存在する場合、代わりにニトリルの形成が優先されます。[2] [6]
補因子と阻害剤
アスコルビン酸はミロシナーゼの既知の補因子であり、グルコシノレート加水分解の基本 触媒として機能します。[1] [7] たとえば、ダイコン( Raphanus sativus )から分離されたミロシナーゼは、500 μM アスコルビン酸の存在下で、基質であるアリルグルコシノレート (シニグリン)に対して、タンパク質 1 mg あたり 2.06 μmol/分から 280 μmol/分にV max が増加しました。[4]グルコシノレート加水分解の副産物である硫酸塩は、ミロシナーゼの競合的阻害剤であることが確認されています。[4] さらに、ミロシナーゼのメカニズムを研究するために特別に合成された 2-F-2-デオキシベンジルグルコシノレートは、活性部位のグルタミン酸残基の 1 つであるGlu 409 を捕捉することで酵素を阻害します。 [3] [8]
構造
ミロシナーゼは、それぞれ 60～70 kDa のサブユニットを持つ二量体として存在します。 [9] [10] Sinapis alba から単離されたミロシナーゼの X 線結晶構造解析により、2 つのサブユニットが亜鉛原子で結合していることが明らかになりました。[7]塩橋、ジスルフィド橋、水素結合、およびグリコシル化 の顕著さは、特に植物が攻撃を受けて深刻な組織損傷を受けたときに、酵素の安定性に寄与していると考えられています。 [2]多くの β-グルコシダーゼ の特徴は、その活性部位に触媒グルタミン酸 残基があることですが、ミロシナーゼでは、これらのうち 2 つが単一のグルタミン残基に置き換えられています。 [3] [11] アスコルビン酸は、グルタミン酸残基の活性を代替することが示されている。[1] （メカニズムについては図 3 を参照。）
生物学的機能
ミロシナーゼとその天然基質であるグルコシノレートは、植物の防御反応の一部であることが知られています。植物が病原体、昆虫、またはその他の草食動物に攻撃されると、植物はミロシナーゼを使用して、通常は無害なグルコシノレートをイソチオシアネート、チオシアネート、ニトリルなどの有毒な生成物に変換します。[2]
植物の区画化
グルコシノレート-ミロシナーゼ防御システムは、植物に独特な方法でパッケージ化されています。植物はミロシナーゼグルコシノレートを区画化して保存し、後者は植物が攻撃を受けたときにのみ放出され、活性化されます。ミロシナーゼは主にミロシン粒子としてミロシン細胞と呼ばれる特定の異形細胞の液胞に保管されていますが、タンパク質体または液胞、および膜に結合する傾向がある細胞質酵素としても報告されています。[12] [13]グルコシノレートは、隣接しているが別の「S細胞」に保管されています。 [14]植物が組織損傷を受けると、ミロシナーゼはグルコシノレート と接触し、すぐにそれらを強力な抗菌形態に活性化します。[2] このような生成物の中で最も強力なのはイソチオシアネートであり、次にチオシアネートとニトリルが続きます。[15]
進化
ミロシナーゼ-グルコシノレート防御システムを進化させた植物として知られているのは、シロガラシ（Sinapis alba） [9] 、クレス（Lepidium sativum）[16]、 ワサビ（Wasabia japonica）[17]、ダイコン（Raphanus sativus）[18] [19] 、また、キガラシ（Brassica juncea）[20]、ナタネ（Brassica napus）[21]、ブロッコリー、カリフラワー、キャベツ、チンゲン菜、ケールなどの一般的な食用アブラナ科の植物です 。 [ 2 ]これら の野菜の多くに残る苦い後味は、調理中や 生の野菜を 摂取したときに組織が損傷し、グルコシノレートが加水分解されること が原因である場合が多いです。[2] パパイヤの種子はこの防御方法を使用しますが、果肉自体は使用しません。[22]
ミロシナーゼは、キャベツアブラムシからも単離されている。[23] これは、キャベツアブラムシとその主な食料源が共進化したことを示唆している。アブラムシは植物と同様の防御戦略を採用している。主な食料源と同様に、キャベツアブラムシは、摂取したミロシナーゼとグルコシノレートを区画化している。キャベツアブラムシが攻撃されて組織が損傷すると、貯蔵されているグルコシノレートが活性化され、イソチオシアネートが生成され、捕食者が他のアブラムシを攻撃するのを阻止する。[24]
歴史的関連性と現代の応用
農業
歴史的に、菜種などのグルコシノレート-ミロシナーゼ系を含む作物は、飼料中の菜種が家畜に有毒であることが判明したため、グルコシノレート含有量を最小限に抑えるように意図的に品種改良されました。[25] グルコシノレート-ミロシナーゼ系は、作物を害虫から守るための可能性のある生物燻蒸剤として研究されてきました。強力なグルコシノレート加水分解産物（GHP）を作物に散布すると、草食動物を阻止することができます。別の選択肢としては、遺伝子工学の技術を使用して、害虫に対する抵抗力を強化する手段として、作物にグルコシノレート-ミロシナーゼ系を導入することです。[15]
健康への影響
グルコシノレート加水分解の主生成物であるイソチオシアネートは、甲状腺におけるヨウ素の吸収を阻害し、甲状腺腫を引き起こすことが知られています。[26]高濃度のイソチオシアネートは肝毒性を引き起こす可能性があります。[4]アブラナ科の野菜を摂取してイソチオシアネートの摂取量を増やすと、人間の病気のリスクに影響を与えるという科学的証拠は不十分です。[27]
参考文献
- ^ abc Burmeister WP、Cottaz S、Rollin P、Vasella A、Henrissat B (2000 年 12 月)。「高解像度 X 線結晶構造解析により、アスコルビン酸はミロシナーゼの補因子であり、触媒塩基の機能の代わりとなることが示された」。The Journal of Biological Chemistry。275 ( 50): 39385–39393。doi : 10.1074/ jbc.M006796200。PMID 10978344。
- ^ abcdefgh Halkier BA、Gershenzon J (2006)。「グルコシノレートの生物学と生化学」。Annual Review of Plant Biology。57 : 303–333。doi :10.1146/ annurev.arplant.57.032905.105228。PMID 16669764 。
- ^ abcd Bones AM、Rossiter JT (2006 年 6 月)。「グルコシノレートの酵素的および化学的に誘導された分解」。Phytochemistry . 67 ( 11): 1053–1067. doi :10.1016/j.phytochem.2006.02.024. PMID 16624350。
- ^ abcd Shikita M、Fahey JW、Golden TR、Holtzclaw WD、Talalay P (1999 年 8 月)。「アスコルビン酸による「非競合的活性化」の珍しいケース: Raphanus sativus の実生からのミロシナーゼの精製と運動特性」。The Biochemical Journal。341 ( Pt 3) (3): 725–732。doi : 10.1042 / 0264-6021 :3410725。PMC 1220411。PMID 10417337。
- ^ 創傷およびメチルジャスモン酸誘導性転写産物は、初期のノジュリンに類似したミロシナーゼ関連タンパク質をコードする。
- ^ Lambrix V、Reichelt M、Mitchell-Olds T、Kliebenstein DJ、Gershenzon J (2001 年 12 月)。「シロイヌナズナのエピチオスペシファイアータンパク質はグルコシノレートからニトリルへの加水分解を促進し、Trichoplusia ni の食害に影響を与える」。The Plant Cell。13 ( 12 ) : 2793–2807。doi :10.1105/ tpc.010261。PMC 139489。PMID 11752388。
- ^ ab Burmeister WP、Cottaz S、Driguez H、Iori R、Palmiri S、Henrissat B (1997 年 5 月)。「Sinapis alba ミロシナーゼと共有結合グリコシル酵素中間体の結晶構造は、S-グリコシダーゼの基質認識と活性部位機構についての知見を提供する」。Structure。5 ( 5 ) : 663–675。doi : 10.1016/s0969-2126(97) 00221-9。PMID 9195886 。
- ^ Cottaz S, Rollin P, Driguez H (1997). 「チオグルコシダーゼ阻害剤2-デオキシ-2-フルオログルコトロペオリンの合成」.炭水化物研究. 298 (1–2): 127–130. doi :10.1016/s0008-6215(96)00294-7.
- ^ ab ビョークマン R、ヤンソン JC (1972 年 8 月)。 「ミロシナーゼに関する研究。I. ホワイトカラシ種子からのミロシナーゼの精製と特性評価 (Sinapis alba, L.)」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - 酵素学。276 (2): 508–518。土井：10.1016/0005-2744(72)91011-X。PMID 5068825。
- ^ Pessina A、Thomas RM、Palmieri S、 Luisi PL (1990年8 月)。「ミロシナーゼの精製法の改良とその物理化学的特性」。Archives of Biochemistry and Biophysics。280 ( 2): 383–389。doi :10.1016/0003-9861(90)90346-Z。PMID 2369130 。
- ^ Henrissat B、Davies GJ (2000 年 12 月)。「グリコシド 加水分解酵素とグリコシルトランスフェラーゼ。ファミリー、モジュール、およびゲノミクスへの影響」。植物生理学。124 (4): 1515–1519。doi : 10.1104 / pp.124.4.1515。PMC 1539306。PMID 11115868。
- ^ Lüthy B, Matile P (1984). 「マスタードオイル爆弾: ミロシナーゼシステムの細胞内組織の修正分析」Biochemie und Physiologie der Pflanzen . 179 (1–2): 5–12. doi :10.1016/s0015-3796(84)80059-1.
- ^ Andréasson E、Bolt Jørgensen L、Höglund AS、Rask L、Meijer J (2001 年 12 月)。「シロイヌナズナと Brassica napus におけるミロシナーゼと異種細胞分布の相違」。植物生理学。127 ( 4 ) : 1750–1763。doi :10.1104/pp.010334。PMC 133578。PMID 11743118。
- ^ Koroleva OA、Davies A、Deeken R、Thorpe MR、Tomos AD、Hedrich R (2000 年 10 月)。「シロイヌナズナの花茎におけるグルコシノレートを豊富に含む新しい細胞タイプの同定」。植物 生理学。124 ( 2 ): 599–608。doi :10.1104/ pp.124.2.599。PMC 59166。PMID 11027710。
- ^ ab Gimsing AL 、 Kirkegaard JA (2009)。「グルコシノレートとバイオ燻蒸：土壌中のグルコシノレートとその加水分解生成物の運命」。Phytochemistry Reviews。8 ： 299–310。doi ： 10.1007 /s11101-008-9105-5。S2CID 30626061 。
- ^ Durham PL、Poulton JE (1989年5月) 。 「カスタノスペルミンおよび関連ポリヒドロキシアルカロイド のLepidium sativum実生からの精製ミロシナーゼに対する影響」。植物生理学。90 (1):48–52。doi : 10.1104 /pp.90.1.48。PMC 1061675。PMID 16666767。
- ^ Ohtsuru M, Kawatani H (1979). 「ワサビミロシナーゼに関する研究:ワサビミロシナーゼの精製といくつかの性質」.農業生物化学. 43 (11): 2249–2255. doi : 10.1271/bbb1961.43.2249 .
- ^ アイバース TH、バガード C (1980)。 「アブラナ科 Z の分化植物および未分化植物におけるミロシナーゼ活性」。フランツェン生理学の時代。97 (5): 399–407。土井：10.1016/s0044-328x(80)80014-6。
- ^ El-Sayed ST、Jwanny EW、Rashad MM、Mahmoud AE 、 Abdallah NM (1995)。「アブラナ科植物の組織に含まれるグリコシダーゼ、グリコシダーゼ生産のためのさまざまなアブラナ科植物のスクリーニング」。応用生化学およびバイオテクノロジー。55 (3): 219–230。doi : 10.1007 /BF02786861。ISSN 0273-2289。S2CID 84375704 。
- ^ Masaru O, Tadao H (1972). 「植物ミロシナーゼの複数の形態の分子特性」.農業および生物化学. 36 (13): 2495–2503. doi : 10.1271/bbb1961.36.2495 .
- ^ Lönnerdal B, Janson JC ( 1973 ). 「ミロシナーゼに関する研究。II. 菜種 (Brassica napus L.) からのミロシナーゼの精製と特性解析」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymology。315 (2): 421–429。doi :10.1016/0005-2744(73)90272-6。
- ^ Nakamura Y, Yoshimoto M, Murata Y, Shimoishi Y, Asai Y, Park EY, et al. (2007年5月). 「パパイヤ種子は生物学的に活性なイソチオシアネートの豊富な供給源である」. Journal of Agricultural and Food Chemistry . 55 (11): 4407–4413. doi :10.1021/jf070159w. PMID 17469845.
- ^ Husebye H、Arzt S、Burmeister WP、Härtel FV、Brandt A、Rossiter JT、Bones AM (2005 年 12 月)。「Brevicoryne brushicae 由来の昆虫ミロシナーゼの 1.1 オングストローム分解能での結晶構造は、ベータグルコシダーゼとの密接な関係を示している」。昆虫生化学および分子生物学。35 (12): 1311–1320。doi :10.1016/j.ibmb.2005.07.004。PMID 16291087 。
- ^ Bridges M、Jones AM、Bones AM、Hodgson C、Cole R、Bartlet E、他 (2002 年 1 月)。「アブラナ科のアブラムシのグルコシノレート-ミロシナーゼ システムの空間構成は、宿主植物のものと類似している」。Proceedings 。生物科学。269 ( 1487 ): 187–191。doi :10.1098/rspb.2001.1861。PMC 1690872。PMID 11798435。
- ^ Brabban AD、Edwards C (1994 年6 月)。「グルコシノレート 分解微生物の分離と菜種油のグルコシノレート含有量を減らす可能性」。FEMS Microbiology Letters。119 ( 1–2): 83–88。doi : 10.1111/j.1574-6968.1994.tb06871.x。PMID 8039675。
- ^ Bones AM、Rossiter JT (1996)。「ミロシナーゼ-グルコシノレート系、その組織と生化学」。Physiologia Plantarum。97 : 194–208。doi : 10.1111/ j.1399-3054.1996.tb00497.x。
- ^ 「イソチオシアネート」。オレゴン州立大学ライナス・ポーリング研究所微量栄養素情報センター。2017年4月1日。 2022年6月26日閲覧。