オロチジン5′-リン酸デカルボキシラーゼ

オロチジン5′-リン酸デカルボキシラーゼ（OMPデカルボキシラーゼ）またはオロチジル酸デカルボキシラーゼは、ピリミジン生合成に関与する酵素です。この酵素は、オロチジン一リン酸（OMP）の脱炭酸を触媒してウリジン一リン酸（UMP）を生成します。この酵素の機能は、ピリミジンヌクレオチドであるウリジン三リン酸、シチジン三リン酸、およびチミジン三リン酸のde novo生合成に不可欠です。OMPデカルボキシラーゼは、その極めて高い触媒効率と酵母株の遺伝子工学における選択マーカーとしての有用性から、科学研究の頻繁な対象となっています。

触媒作用

OMPデカルボキシラーゼは、触媒なしの反応速度を10 ¹⁷倍に加速できる非常に効率的な触媒として知られています。これを分かりやすく説明すると、反応物の半分を生成物に変換するのに7800万年かかる触媒なしの反応が、OMPデカルボキシラーゼによって触媒されると18ミリ秒に加速されます。 ^[²^]この極めて高い酵素効率は、OMPデカルボキシラーゼが補因子を使用せず、金属部位^[³^]や補欠分子族^[⁴^]も含まないため、特に興味深いものです。触媒作用は、酵素の活性部位内に配置された少数の荷電アミノ酸残基に依存しています。

OMP脱炭酸酵素が反応を触媒する正確なメカニズムは、厳密な科学的研究の対象となってきた。ピリミジン環のC6に結合したカルボキシル基の脱離の原動力は、酵素の活性部位にあるアスパラギン酸残基のカルボキシル基が近接していることに由来し、これにより基底状態が非触媒反応の遷移状態に対して不安定化される。C6炭素のプロトン化が起こり最終生成物が生じる前に、遷移状態がどのような形態をとるかについては、複数の仮説が提唱されてきた。多くの研究では、OMP脱炭酸酵素の強力な阻害剤である6-ヒドロキシウリジン一リン酸（BMP、バルビツール酸誘導体）の活性部位への結合を調査し、遷移状態の安定化に直接関与する必須アミノ酸残基を特定した。 (BMPに結合した酵素の図を参照) OMPの酵素的脱炭酸のメカニズムとして、O2でのプロトン化による双性イオン種の形成^{[ 6 ]} 、 O4のアニオン安定化^{[ 7 ] 、またはC5での求核攻撃}^{[ 8 ]}など、いくつかのメカニズムが提案されている。現在のコンセンサスは、二酸化炭素の脱離後にC6で安定化されたカルバニオンを経由してメカニズムが進行することを示唆している。このメカニズムは、競合阻害および活性部位変異誘発と併せて速度論的同位体効果を調査する研究から示唆された。^[⁹^]^[¹⁰^]^[¹¹^]^[¹²^] このメカニズムでは、短寿命のカルバニオン種は、プロトンによって消光される前に、近くのリジン残基によって安定化される。(触媒メカニズムの概略図を参照) 電子的安定化の恩恵を受けない高塩基性ビニルカルバニオンの中間体は、酵素系および一般的に生物系ではまれである。驚くべきことに、酵素の微小環境はカルバニオンを著しく安定化させる。酵素結合カルバニオン中間体のpKaHは_、重水素交換研究に基づき22以下であることが測定された。遊離カルバニオン中間_体の対応するpKaHは依然として非常に塩基性であるが、30～34程度と推定され（類似の1,3-ジメチルウラシルの測定に基づく）、酵素がカルバニオンを少なくとも14 kcal/mol安定化させるという結論に至る。^{[ 12 ]}

Relation to UMP synthase

In yeast and bacteria, OMP decarboxylase is a single-function enzyme. However, in mammals, OMP decarboxylase is part of a single protein with two catalytic activities. This bifunctional enzyme is named UMP synthase and it also catalyzes the preceding reaction in pyrimidine nucleotide biosynthesis, the transfer of ribose 5-phosphate from 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate to orotate to form OMP. In organisms utilizing OMP decarboxylase, this reaction is catalyzed by orotate phosphoribosyltransferase.^[14]

Importance in yeast genetics

Mutations in the gene encoding OMP decarboxylase in yeast (URA3) leads to auxotrophy in uracil. In addition, a function OMP decarboxylase renders yeast strains sensitive to the molecule 5-fluoroorotic acid (5-FOA).^[15] The establishment of the URA3 gene as a selection marker with both positive and negative selection strategies has made the controlled expression of OMP decarboxylase a significant laboratory tool for the investigation of yeast genetics.

References

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オロチジン5′-リン酸デカルボキシラーゼ

触媒作用

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See also

References

関連するトピック

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ピリミジン

生合成

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