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| ホスホエノールピルビン酸ムターゼ | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 5.4.2.9 | ||||||||
| CAS番号 | 115756-49-5 | ||||||||
| 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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酵素学では、ホスホエノールピルビン酸ムターゼ（EC 5.4.2.9）は、化学反応を触媒する酵素である。
- ホスホエノールピルビン酸3-ホスホノピルビン酸
したがって、この酵素には、構造異性体である基質であるホスホエノールピルビン酸(PEP) と生成物である3-ホスホノピルビン酸 (PPR)が 1 つあります。
この酵素はイソメラーゼファミリーに属し、具体的には分子内のリン酸基を転移するホスホトランスフェラーゼ（ホスホムターゼ）に属します。この酵素クラスの系統名はホスホエノールピルビン酸 2,3-ホスホノムターゼです。一般的に使用される他の名前には、ホスホエノールピルビン酸-ホスホノピルビン酸ホスホムターゼ、PEP ホスホムターゼ、ホスホエノールピルビン酸ホスホムターゼ、PEPPM、およびPEP ホスホムターゼがあります。この酵素はアミノホスホネート代謝に関与します。
ホスホエノールピルビン酸ムターゼは1988年に発見されました。[1] [2]
構造研究
2007 年末現在、このクラスの酵素の構造は6 つが解明されており、すべてメリーランド大学の Herzberg グループ [1] がムラサキイガイMytilus edulis由来の PEPPM を使用して解明しました。最初の構造 ( PDBアクセッション コード 1PYM) は 1999 年に解明され、シュウ酸マグネシウム阻害剤を特徴としていました[3] 。 この構造により、酵素は同一のベータ バレルサブユニット (8 つの平行なベータ ストランドからなるTIM バレルフォールドを示す) で構成されていることが判明しました。各サブユニットのヘリックスが他のサブユニットのバレルと相互作用する二量体化が観察され、著者らはこの特徴を「ヘリックス スワッピング」と呼んでいます。二量体は二量体化してホモ四量体酵素を形成することもできます。この研究に基づいて、二重のリン酸基転移機構が提案されました。これは、PEP のリン - 酸素結合を切断してリン酸酵素中間体を形成し、続いてリン酸基を酵素から炭素 3 に転移して PPR を形成するというものです。
しかし、最近では、より近い基質類似体であるスルホピルビン酸阻害剤を含む構造が解明されました (1M1B) [4] 。この研究では、解離メカニズムが支持されました。これらの構造の注目すべき特徴は、活性部位を溶媒から遮蔽することです。これを可能にするために、結合時に大幅な構造変化が起こり、タンパク質が「開いた」状態から「閉じた」状態に移行することが提案され、これは開いた状態のいくつかの結晶構造によって支持されました。[5]これらのうち3つは野生型 でした。1S2Tのアポ酵素、1S2Vの酵素とそのマグネシウムイオン補因子、および1S2Wの高イオン強度の酵素です。変異体 (活性部位ループの1つにあるD58A) もアポ酵素として結晶化されました (1S2U)。これらの構造から、閉じた構造で基質を溶媒から保護する活性部位の「ゲーティング」ループ (残基 115-133) が特定されました。
結晶構造 1M1B (閉じた) と 1S2T (開いた) から取られた 2 つの立体配座が、下の画像で互いにドッキングされています。ゲーティング ループを除いて、それらの違いはほとんどありません。ゲーティング ループは、閉じた立体配座では紫、開いた立体配座では青に色付けされています。活性部位のクローズアップ (左) には、触媒反応で重要であることが確認されているいくつかの側鎖 (シアン) も含まれています。概要 (右) は、特徴的なヘリックス交換フォールドを示しています。画像は、リボン キネマジュームからの静止画です。これらの構造は両方とも二量体として結晶化されました。鎖 A (活性部位のクローズアップに使用) では、ヘリックスは赤、ループ (ゲーティング ループ以外) は白、ベータ ストランドは緑です。鎖 B では、ヘリックスは黄色、ベータ ストランドはオリーブ色、ループは灰色です。これらの色は、閉じた構造と開いた構造で同じです。マグネシウムイオンは灰色、スルホピルビン酸リガンドはピンク色で、どちらも閉じた構造から得られます (ただし、酵素はマグネシウムのみが結合した状態でも結晶化されており、開いた構造を採用しています)。
PEPPM の構造は、プロパノエート代謝に関与する酵素で、基質も低分子量カルボン酸であるメチルイソクエン酸リアーゼの構造と非常によく似ており、ベータバレル構造、活性部位のレイアウト、多量体化形状は同じです。 イソクエン酸リアーゼも非常に似ていますが、各サブユニットにはメインのベータバレルに加えて、2 番目の小さなベータドメインがあります。
機構
ホスホエノールピルビン酸ムターゼは解離機構を示すと考えられている。[4] マグネシウムイオンが補因子として関与している。ホスホリル/リン酸基もArg159およびHis190とイオン的に相互作用し、反応中間体を安定化させるようである。共有結合付加物に最も適した残基は、部分的な機能喪失のみで変異させることができるため、ホスホ酵素中間体である可能性は低い。この反応では、リンが酸素2から解離し、次に炭素3がリンに求核攻撃する。注目すべきことに、リンの配置は保持される。つまり、PPRの炭素3は、PEPの酸素2が除去されたリンの同じ面に付加される。これは、酵素触媒されない解離機構ではありそうにないが、反応中間体が活性部位のアミノ酸およびマグネシウムイオンと強く相互作用するため、酵素触媒の存在下では予想されることである。
活性部位ゲーティングループ内の残基、特に Lys120、Asn122、および Leu124 も基質および反応中間体と相互作用するようです。これらの相互作用により、基質結合時にループが閉じた構造に移動する理由が説明されます。
生物学的機能
ホスホエノールピルビン酸ムターゼは、新しい炭素-リン結合を形成する珍しい能力を持っているため、ホスホノ脂質や抗生物質ホスホマイシン、ビアラホスなどのホスホネートの合成に不可欠です。この結合の形成は熱力学的に非常に不利です。PEPは非常に高エネルギーのリン酸化合物であるにもかかわらず、PEP-PPR相互変換の平衡は依然としてPEPに有利です。[1]ホスホノピルビン酸脱炭酸 酵素は、この問題の解決策を提示します。この酵素は、熱力学的に非常に有利なPPRの脱炭酸を触媒し、結果として生じる2-ホスホノアセトアルデヒドは、生物学的に有用なホスホネートに変換されます。これにより、ルシャトリエの原理により、ホスホネオールピルビン酸の反応が順方向に進行します。脱炭酸反応により生成物が急速に除去されるため、システムが自然に平衡に達すると生成物よりも反応物質のほうがはるかに多くなりますが、反応は進行します。
カルボキシホスホエノールピルビン酸ホスホノムターゼ酵素も同様の反応を起こし、P-カルボキシホスホエノールピルビン酸をホスフィノピルビン酸と二酸化炭素に変換する。[2] [6]
参考文献
- ^ ab Bowman E, McQueney M, Barry RJ, Dunaway-Mariano D (1988). 「ホスホエノールピルビン酸ホスホノピルビン酸転位の触媒および熱力学 - 天然有機リン化合物のホスホネートクラスへの参入」J. Am. Chem. Soc . 110 (16): 5575–5576. doi :10.1021/ja00224a054.
- ^ Seidel HM、Freeman S、 Seto H、 Knowles JR ( 1988)。「ホスホネート生合成：炭素-リン結合の形成を担う酵素の単離」。Nature。335 ( 6189 ): 457–458。Bibcode :1988Natur.335..457S。doi : 10.1038/335457a0。PMID 3138545。S2CID 4310660 。
- ^ Huang K, Li Z, Jia Y, Dunaway-Mariano D, Herzberg O (1999). 「2つのα/βバレル間のヘリックススワッピング：Mg(2+)-オキサレートが結合したホスホエノールピルビン酸ムターゼの結晶構造」Struct. Fold. Des . 7 (5): 539–48. doi : 10.1016/S0969-2126(99)80070-7 . PMID 10378273.
- ^ ab Liu S, Lu Z, Jia Y, Dunaway-Mariano D, Herzberg O (2002). 「PEP ムターゼ触媒における解離性リン酸化転移: 酵素/スルホピルビン酸複合体の構造と変異体の運動特性」.生化学. 41 (32): 10270–10276. CiteSeerX 10.1.1.321.6707 . doi :10.1021/bi026024v. PMID 12162742.
- ^ Liu S, Lu Z, Han Y, Jia Y, Howard A, Dunaway-Mariano D, Herzberg O (2004). 「PEP ムターゼのコンフォメーション柔軟性」.生化学. 43 (15): 4447–4453. CiteSeerX 10.1.1.432.6514 . doi :10.1021/bi036255h. PMID 15078090.
- ^ Hidaka T, Imai S, Hara O, Anzai H, Murakami T, Nagaoka K, Seto H (1990). 「カルボキシホスホノエノールピルビン酸ホスホノムターゼ、 CP結合形成を触媒する新規酵素」J. Bacteriol . 172 (6): 3066–72. doi :10.1128/jb.172.6.3066-3072.1990. PMC 209109. PMID 2160937.
