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| オロチジン-5'-リン酸脱炭酸酵素 | |||||||||
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 大腸菌OMP脱炭酸酵素[1] | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.1.1.23 | ||||||||
| CAS番号 | 9024-62-8 | ||||||||
| 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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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。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) を形成します。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工学の選択マーカーとしての有用性から、科学的調査の頻繁なターゲットとなっています。
触媒
OMP 脱炭酸酵素は、非触媒反応速度を 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。これを大局的に見ると、反応物の半分を生成物に変換するのに7,800 万年かかる非触媒反応が、OMP 脱炭酸酵素によって触媒されると18 ミリ秒に加速されます。[2]この極端な酵素効率は、OMP 脱炭酸酵素が補因子を使用せず、金属部位[3]や補欠分子族を含まないため特に興味深いものです。[4]この触媒は、酵素の活性部位内に位置する 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、厳密な科学的調査の対象となってきました。ピリミジン環の C6 に結合したカルボキシル基の喪失の原動力は、酵素の活性部位のアスパラギン酸残基カルボキシル基の近接性から生じ、これが非触媒反応の遷移状態と比較して基底状態を不安定化させます。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をとるかについては、複数の仮説が立てられています。多くの研究で、活性部位内での 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) の結合を調査し、どの必須アミノ酸残基が遷移状態の安定化に直接関与しているかを特定しました。 (BMPに結合した酵素の図を参照) OMPの酵素的脱炭酸については、O2でのプロトン化による両性イオン種の中間体としての形成、[6] O4のアニオン安定化、[7]またはC5での求核攻撃など、いくつかのメカニズムが提案されている。[8] 現在、このメカニズムは二酸化炭素の損失後にC6で安定化されたカルバニオンを介して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関連した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、プロトンによってクエンチされる前に、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、酵素システムおよび一般的な生物システムではまれである。注目すべきことに、酵素の微小環境はカルボアニオンの安定化に大きく貢献しています。重水素交換研究によると、酵素に結合したカルボアニオン中間体の p K aH は22 以下と測定されました。依然として非常に塩基性ですが、遊離カルボアニオン中間体の対応する p K aH ははるかに高く、約 30～34 と推定されます (類似の 1,3-ジメチルウラシルの測定に基づく)。このことから、酵素はカルボアニオンを少なくとも 14 kcal/mol 安定化するという結論が導かれます。[12]
UMP合成酵素との関係
酵母と細菌では、OMP脱炭酸酵素は単機能酵素です。しかし、哺乳類では、OMP脱炭酸酵素は2つの触媒活性を持つ単一のタンパク質の一部です。この二機能性酵素はUMP合成酵素と名付けられ、ピリミジンヌクレオチド生合成における先行反応、すなわち5-ホスホリボシル-1-ピロリン酸からオロト酸へのリボース5-リン酸の転移を触媒してOMPを形成します。OMP脱炭酸酵素を利用する生物では、この反応はオロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼによって触媒されます。[14]
酵母遺伝学における重要性
酵母のOMP脱炭酸酵素をコードする遺伝子（URA3）の変異は、ウラシル要求性につながる。さらに、OMP脱炭酸酵素の機能により、酵母株は5-フルオロオロチン酸（5-FOA）分子に対して感受性になる。[15] URA3遺伝子がポジティブ選択戦略とネガティブ選択戦略の両方を備えた選択マーカーとして確立されたことで、OMP脱炭酸酵素の制御された発現は、酵母遺伝学の研究のための重要な実験ツールとなった。
参照
参考文献
- ^ PDB : 1EIX ; Harris P, Navarro Poulsen JC, Jensen KF, Larsen S (2000年4月). 「有能な酵素の触媒機構の構造的基礎: オロチジン5'-一リン酸脱炭酸酵素」.生化学. 39 (15): 4217–24. doi :10.1021/bi992952r. PMID 10757968.
- ^ Radzicka A, Wolfenden R (1995年1月). 「有能な酵素」. Science . 267 (5194): 90–3. doi :10.1126/science.7809611. PMID 7809611.
- ^ Miller BG、Smiley JA、Short SA、Wolfenden R (1999 年 8 月)。「金属不在下での酵母オロチジン-5'-リン酸脱炭酸酵素の活性」。J . Biol. Chem . 274 (34): 23841–3. doi : 10.1074/jbc.274.34.23841 . PMID 10446147。
- ^ Miller BG、Wolfenden R (2002)。「触媒能力：OMP脱炭酸酵素の珍しいケース」。Annu . Rev. Biochem . 71 : 847–85. doi :10.1146/annurev.biochem.71.110601.135446. PMID 12045113。
- ^ Wu N, Pai EF (2002年8月). 「阻害剤複合体の結晶構造は、オロチジン-5'-一リン酸脱炭酸酵素の代替結合モードを明らかにする」J. Biol. Chem . 277 (31): 28080–7. doi : 10.1074/jbc.M202362200 . PMID 12011084.
- ^ Beak P, Siegel B (1976). 「1,3-ジメチルオロチン酸の脱炭酸のメカニズム。オロチジン5'-リン酸脱炭酸酵素のモデル」J Am Chem Soc . 98 (12): 3601–6. doi :10.1021/ja00428a035. PMID 1270703.
- ^ Lee JK、Houk KN (1997 年 5 月)。「有能な酵素の再考: オロチジン一リン酸脱炭酸酵素の予測メカニズム」。Science . 276 (5314): 942–5. doi :10.1126/science.276.5314.942. PMID 9139656。
- ^ Silverman, RB; Groziak, MP (1982). 「オロチジン5'-リン酸脱炭酸酵素の共有結合作用機構のモデル化学」J. Am. Chem. Soc . 104 (23): 6434–6439. doi :10.1021/ja00387a047.
- ^ Lee、Jeehiun K;タンティージョ、ディーン J (2004-06-25)。オロチジン一リン酸デカルボキシラーゼ: メカニズムの対話。ISBN 9783540205661。
- ^ Richavy MA、 Cleland WW (2000)。「同位体効果によるオロチジン5'-一リン酸脱炭酸酵素のメカニズムの決定」。生化学。39 ( 16): 4569–4574。doi :10.1021/bi000376p。PMID 10769111 。
- ^ Toth K、Amyes TL、Wood BM、Chan K、Gerlt JA、Richard JP (2007 年 10 月)。「オロチジン 5'-一リン酸脱炭酸酵素の生成物重水素同位体効果: 短寿命カルバニオン中間体の存在の証拠」。J . Am. Chem. Soc . 129 (43): 12946–7. doi :10.1021/ja076222f. PMC 2483675. PMID 17918849 。
- ^ ab Amyes TL、Wood BM、Chan K、Gerlt JA、Richard JP (2008 年 2 月)。「オロチジン 5′-一リン酸脱炭酸酵素の活性部位におけるビニルカルバニオンの形成と安定性: 酵素結合 UMP の C-6 プロトンの pKa」。J . Am. Chem. Soc . 130 (5): 1574–5. doi :10.1021/ja710384t. PMC 2652670. PMID 18186641 。
- ^ Van Vleet JL、Reinhardt LA、Miller BG 、 Sievers A、Cleland WW (2008 年 1 月)。「オロチジン 5'-一リン酸脱炭酸酵素に対する炭素同位体効果の研究: 陰イオン中間体の支持」。生化学。47 ( 2): 798–803。doi :10.1021/bi701664n。PMID 18081312 。
- ^ Yablonski MJ、Pasek DA、Han BD、Jones ME、Traut TW (1996)。「二機能性ヒトUMP合成酵素およびその2つの触媒ドメイン、オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼおよびオロチジン-5'-リン酸デカルボキシラーゼの固有活性および安定性」。J Biol Chem . 271 (18): 10704–10708. doi : 10.1074/jbc.271.18.10704 . PMID 8631878。
- ^ Boeke JD、LaCroute F、Fink GR (1984)。「酵母におけるオロチジン-5'-リン酸脱炭酸酵素活性を欠く変異体のポジティブ選択：5-フルオロオロチン酸耐性」。Mol Gen Genet . 197 (2): 345–346. doi :10.1007/BF00330984. PMID 6394957。
