ニトリラーゼ

ニトリラーゼ1
識別子
シンボル	ニト1
NCBI遺伝子	4817
HGNC	7828
オミム	604618
ＰＤＢ	3IVZ
参照シーケンス	NM_005600
ユニプロット	型番
その他のデータ
軌跡	Chr. 1 pter-qter
検索する 構造 スイスモデル ドメイン インタープロ

ニトリラーゼ酵素（ニトリルアミノヒドロラーゼ、EC 3.5.5.1）は、ニトリルをカルボン酸とアンモニアに加水分解する触媒として働き、遊離のアミド中間体を生成しません。^[1]ニトリラーゼは、植物、動物、真菌、特定の原核生物における天然物の生合成や翻訳後修飾に関与しています。ニトリラーゼは、有機化学の調製において触媒としても使用できます。特に、ニトリラーゼはラセミ混合物の分解に使用されています。ニトリラーゼは、ニトリルをアミドに加水分解するニトリルヒドラターゼ（ニトリルヒドロリアーゼ、EC 4.2.1.84）と混同しないでください。ニトリルヒドラターゼは、アミドをカルボン酸に変換するアミダーゼとほぼ例外なく共発現しています。その結果、ニトリラーゼ活性とニトリルヒドラターゼおよびアミダーゼ活性を区別することが困難な場合があります。

ニトリラーゼは、ニトリルを水和させてカルボン酸にする触媒能力があることから、1960年代初頭に初めて発見されました。^[2]当時、ニトリラーゼが対応する酸を生成する際に幅広い基質特異性を発揮できることは知られていましたが、その後の研究で、ニトリラーゼが示す最初のNHase（ニトリルヒドラターゼ）活性が報告されました。^{[3] [4]}つまり、ニトリルの加水分解によってアミド化合物も形成できるということです。その後の研究で、アミド形成を促進するいくつかの条件が明らかになりました。以下に概説します。^[4]

• 最初の水加水分解後に酵素結合基質が早期に放出され、その後2回目の水が遅れて添加される。
• 低温および pH の上昇条件。ほとんどの細菌および真菌のニトリラーゼによる生物変換では、最適な pH 範囲は 7.0 ～ 8.0、最適な温度範囲は 30 ～ 50 °C です。
• ⍺位の電子吸引基

以下は、ニトリラーゼによる一般的なニトリル化合物の変換に必要な手順のリストです。^[4]

1. ニトリルの求電子炭素は、ニトリラーゼ上の 2 つの SH 基のうちの 1 つによる求核攻撃を受けます。
2. 形成されたチオイミデートはその後アシル酵素に加水分解され、副産物としてアンモニアが生成されます。
3. アシル酵素は、上記の条件に応じて、次の 2 つの経路のいずれかを経ます。
   • アシル酵素を水でさらに加水分解すると、カルボン酸と再生酵素が生成されます。
   • アシル酵素はアンモニアによって加水分解され、酵素を置換してアミド生成物を形成します。

ほとんどのニトリラーゼは32～45 kDaの単一ポリペプチドから構成されており^[7]、その構造は⍺-β-β-⍺フォールドである。^[4]酵素の好ましい形態は、6～26個のサブユニットからなる大きなフィラメントである。^{[7]ニトリラーゼは、}活性部位の機能と性能の向上に不可欠なLys - Cys - Glu 触媒三元構造を利用する。 ^{[4] [7]}

P. abyssi由来の熱活性ニトリラーゼの構造は、各サブユニットが 262 個の残基を含む 2 倍対称二量体で構成されています。^{[8] [9]}ニトリラーゼファミリーの他のニトリラーゼと同様に、各サブユニットは ⍺-β-β-⍺ サンドイッチフォールドを持っています。2 つのサブユニットが一緒になって相互作用すると、タンパク質は「スーパーサンドイッチ」(⍺-β-β-⍺-⍺-β-β-⍺) 構造を形成します。^[6]二量体化するために、各サブユニットのC 末端はコアから伸びて互いに相互作用しますが、これは主にアルギニンとグルタミン酸残基の間に形成される塩橋によって可能になります。^[6]

ニトリル基質への正確な結合メカニズムはまだ不明ですが、他のニトリラーゼとの配列と構造の比較により、触媒三元基はグルタミン酸42、リジン113、システイン146で構成されていることが判明しました。^{[6] [4] [7]}タンパク質モデリングプログラムの助けを借りて、グルタミン酸のOとシステイン酸のSの間の距離が比較的短いことから、グルタミン酸42が求核剤（システイン146）を活性化する触媒塩基であることが観察されました。同様に、リジン113は基質へのプロトン移動を担う触媒酸であると推測されました。 ^{[8] [10]}

ニトリラーゼは、防御、解毒、窒素利用、および植物ホルモン合成のための植物-微生物相互作用において重要な役割を果たしている。^[11]植物には、基質特異性に関して2つの区別可能なグループがある。アリールアセトニトリルに対する加水分解活性が高いものと、β-シアノ-L-アラニンに対する活性が高いものである。 A. thaliana種のNIT1、2、および3は、シアン化配糖体およびグルコシノレートの合成または分解中に生成されるニトリルを加水分解する植物ニトリラーゼ（アリールアセトニトリラーゼ）の最初のグループの例である。これらの特定の酵素のアリールアセトニトリル基質は、フェニルプロピオニトリルとグルコシノレート代謝から生じる他の生成物からなる。^{[11] [12]しかし、NIT4は植物ニトリラーゼの2番目のグループに属し、植物における}シアン化物の解毒に重要である。^{[3] [11] [13]}

さらに、微生物は、植物環境中に存在するニトリルやシアン化物を解毒し同化するためにニトリラーゼを利用する可能性もあります。^[11]その一例は、植物細菌P. fluorescens SBW25 によるβ-シアノ-L-アラニンニトリラーゼです。^[14]この植物細菌が自然環境で β-シアノ-ʟ-アラニンの毒性レベルに遭遇するかどうかは不明ですが、シアン生成植物ではニトリラーゼの活性が観察されているため、ニトリラーゼは β-シアノ-ʟ-アラニンではなくシアン化物を解毒する主なメカニズムとして機能しているようです。^{[11] [14]}植物関連微生物によって生成されるニトリラーゼの他の細菌への応用には、炭素源と窒素源を得るための植物ニトリルの分解が含まれます。P. fluorescens EBC191は多くのアリールアセトニトリル、特にマンデロニトリルを加水分解し、草食動物に対する防御として機能します。^{[11] [15] [16]}

• Winkler M、Glieder A、 Klempier N (2006 年 3 月)。「酵素安定剤 DTT はニトリルのニトリラーゼ類似体の加水分解を触媒する」。Chemical Communications (12): 1298–300。doi :10.1039/B516937B。PMID 16538253  。

• 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)におけるニトリラーゼ