プロリルイソメラーゼ

ペプチジルプロリルシストランスイソメラーゼ、PpiC型
識別子
シンボル	PPIase_PpiC
パム	PF00639
インタープロ	著作権
プロサイト	PDOC00840
メンブラノーム	599
利用可能なタンパク質構造: パム   構造 / ECOD   ＰＤＢ RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBサム 構造の概要

プロリルイソメラーゼ（ペプチジルプロリルイソメラーゼまたはPPIaseとも呼ばれる）は、原核生物と真核生物の両方に見られる酵素（EC 5.2.1.8）であり、アミノ酸のプロリンとのペプチド結合のシス異性体とトランス異性体を相互変換します。^{[1]プロリンは、}側鎖が第二級アミン窒素に結合した環状構造のため、異常に立体配座が拘束されたペプチド結合を持っています。ほとんどのアミノ酸は立体障害のため、トランスペプチド結合立体配座に強いエネルギー的選択性を示しますが、プロリンの異常な構造はシス形を安定化させ、生物学的に関連する条件下では両方の異性体が存在しています。プロリルイソメラーゼ活性を持つタンパク質には、シクロフィリン、FKBP、パルブリンがありますが、より大きなタンパク質にはプロリルイソメラーゼドメインが含まれることもあります。

プロリンは、そのペプチド結合のシス配置とより一般的なトランス形態との間の自由エネルギーの差が比較的小さいという点で、天然アミノ酸の中で独特である。シスとトランス間の異性化を触媒するのに必要な活性化エネルギーは比較的高く、約 20kcal/mol である（通常のペプチド結合の場合は約 0kcal/molを参照）。通常のペプチド結合とは異なり、X-プロリンペプチド結合は意図された立体配座を自発的には採用しないため、シス-トランス異性化のプロセスは、タンパク質フォールディングのプロセスにおける律速段階となり得る。したがって、プロリン異性化酵素は、タンパク質フォールディングシャペロンとして機能する。プロリン残基のN 末端にあるシスペプチド結合は、タンパク質バックボーンの特定の種類のタイトターンの最初の残基に位置することが多い。天然の状態で構造的シス-プロリンを含むタンパク質には、リボヌクレアーゼ A、リボヌクレアーゼ T1、ベータラクタマーゼ、シクロフィリン、および一部のインターロイキンがある。

プロリルイソメラーゼのフォールディングは自己触媒的であるため、フォールディングの速度は反応物の濃度に依存します。パルブリンおよびヒト細胞質 FKBP は、独自のフォールディング プロセスを触媒すると考えられています。

タンパク質の折り畳みイベントにおける律速プロリン異性化プロセスの存在を識別する方法には、次のものがあります。

1. 活性化エネルギーはプロリン異性化と一致し、通常は約 20 kcal/mol の活性化を示します。
2. 折り畳まれていない状態または変性した状態における、高速折り畳み集団と低速折り畳み集団の両方を示す2 状態折り畳み速度。
3. プロリン含有タンパク質が展開および再折り畳まれ、非天然プロリン立体配座の集団が折り畳みの程度の関数として研究される「ダブルジャンプ」アッセイ。
4. プロリルイソメラーゼの添加によるin vitro折り畳み速度の加速。
5. 1 つ以上のプロリン残基が別のアミノ酸に置き換えられた変異タンパク質変異体におけるin vitro折り畳み速度の加速。

すべてのプロリンペプチド結合がタンパク質の構造や機能に不可欠というわけではなく、また、そのような結合のすべてが、特にトランス結合において、フォールディング速度論に大きな影響を与えるわけではないことに注意することが重要です。さらに、一部のプロリルイソメラーゼはある程度の配列特異性を持っているため、特定の配列コンテキストではプロリンの異性化を触媒しない可能性があります。

プロリルイソメラーゼ活性は、キモトリプシンベースのアッセイを使用して初めて発見されました。タンパク質分解酵素キモトリプシンは、プロリンペプチド結合がトランス状態にある場合にのみ、 4残基ペプチドAla - Ala - Pro - Pheに対して非常に高い基質特異性を持ちます。この配列を持つレポーターペプチドを含む溶液にキモトリプシンを加えると、約90%のペプチドが急速に切断されますが、シスプロリン結合を持つペプチド（水溶液中の約10% ）は、触媒されないプロリン異性化によって制限された速度で切断されます。潜在的なプロリルイソメラーゼを追加すると、真のプロリルイソメラーゼ活性がある場合、この後者の反応段階が加速されます。