Loading article…
| ピルビン酸脱炭酸酵素 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 ピルビン酸脱炭酸酵素によって触媒される反応： ピルビン酸 + チアミンピロリン酸（TPP） → ヒドロキシエチルTPP + CO 2 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.1.1.1 | ||||||||
| CAS番号 | 9001-04-1 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
ピルビン酸脱炭酸酵素は、ピルビン酸をアセトアルデヒドに脱炭酸する反応を触媒する酵素（EC 4.1.1.1）です。2-オキソ酸カルボキシラーゼ、α-ケト酸カルボキシラーゼ、ピルビン酸脱炭酸酵素とも呼ばれます。[1]嫌気性条件下では、この酵素は酵母、特にサッカロミセス 属の酵母で起こる発酵プロセスに関与し、発酵によってエタノールを生成します。また、金魚やコイなどの一部の魚類にも存在し、酸素が不足しているときに魚がエタノール発酵（乳酸発酵とともに）を行うことを可能にします。[2]ピルビン酸脱炭酸酵素は、ピルビン酸をアセトアルデヒドと二酸化炭素に変換することにより、このプロセスを開始します。[3] ピルビン酸脱炭酸酵素は、チアミンピロリン酸（TPP）とマグネシウムという補因子に依存しています。この酵素は、ピルビン酸からアセチルCoAへの酸化的脱炭酸を触媒する酸化還元酵素（EC 1.2.4.1）である無関係の酵素ピルビン酸脱水素酵素と間違えないようにする必要があります。
構造
ピルビン酸脱炭酸酵素は、各二量体のモノマー間で共有される2つの活性部位を持つ二量体の二量体として存在します。酵素はβ-α-β構造を持ち、平行なβシートを形成します。各二量体には563残基のサブユニットが含まれています。酵素は強いモノマー間引力を持ちますが、二量体は緩く相互作用して緩い四量体を形成します。[4]
ピルビン酸脱炭酸酵素の結晶構造
-
TPP が結合したピルビン酸脱炭酸酵素モノマーの漫画図。 -
ピルビン酸脱炭酸酵素テトラマーの漫画図。 -
選択されたアミノ酸を含むピルビン酸脱炭酸酵素の活性部位: Glu-51、Glu-477、Asp-444、および Asp-28。補因子 TPP および Mg 2+も表示されます。 -
ピルビン酸基質と相互作用する際の構造変化に関与する活性部位（TPP および Mg）に対する His および Cys 残基の位置。
活性部位残基
各活性部位には、TPPリングと相互作用する酸性グルタミン酸477と、補因子の結合に関与するグルタミン酸51を含む20個のアミノ酸残基がある。これらのグルタミン酸は、プロトン供与体として働き、TPPのイリドを安定化させる。このグルタミン酸477の周囲の非極性環境は非極性であり、これが通常より高いpKaに寄与している（通常のグルタミン酸とアスパラギン酸のpKaは、小さなタンパク質では約4.6である）。[5]
親油性残基のIle-476、Ile-480、およびPro-26は、Glu-477周辺の領域の非極性化に寄与しています。TPP補酵素以外の負に帯電した残基はAsp-28のみであり、これもGlu-477のpK aの増加に役立ちます。したがって、酵素の環境は、Glu-477のγ-カルボキシル基のプロトン化がpH 6程度になるようにする必要があります。[5]
TPP のアミノピリミジン環は、イミン型になると塩基として働き、TPP から C2 プロトンを引き離して求核性イリドを形成します。[4]これは、酵素に TPP C2 を脱プロトン化する塩基性側鎖がないため起こります。これらの Glu を含む活性部位の変異は、酵素の非効率性または不活性につながる可能性があります。この不活性は、N1' および/または 4'-アミノ基のいずれかが欠落している実験で証明されています。NMR 分析では、TPP が基質類似体のピルバミドとともに酵素に結合されると、イリド形成速度が通常の酵素速度よりも速くなることが確認されています。また、Glu 51 から Gln への変異速度は、この速度を大幅に低下させます。[4]
残基Asp-444とAsp-28はMg2 +と結合する。2つのCys-221（各部位から20オングストローム以上離れている）とHis-92は構造変化を引き起こし、基質の利用可能性に応じて酵素を阻害または活性化する。活性部位に結合した基質がピルビン酸の場合、酵素はこの調節部位の構造変化によって活性化される。[6]構造変化には1,2求核付加が関与する。この反応、すなわちチオケタールの形成により、酵素は不活性状態から活性状態へと変化する。
この部位の阻害は、XC 6 H 4 CH=CHCOCOOHクラスの阻害剤/基質類似体、およびシナマルデヒドなどの化合物の脱炭酸生成物によって行われます。阻害剤の他の潜在的な求核部位には、Cys-152、Asp-28、His-114、His-115、およびGln-477が含まれます。[6]
ピルビン酸脱炭酸酵素の通常の触媒速度はk cat = 10 s −1である。しかし、Glu-51をGlnに変異させた酵素の速度は1.7 s −1である。[4]
TPP補綴グループ
補因子TPPは酵素の補欠分子族である。チアゾール環の硫黄原子と窒素原子の間に位置するCH中心は酸性である。脱プロトン化されるとイリドを生成し、カルバニオンとして負に帯電する。これはピルビン酸のケトン炭素で求核剤として反応することができる。 [3] ピルビン酸の脱炭酸反応中、TPPは非共有結合によってカルバニオン中間体を求電子剤として安定化する。[4] 具体的には、ピリジル窒素N1'とTPPの4'-アミノ基は、酵素-TPP複合体の触媒機能に不可欠である。[5]
機構
酵素はピルビン酸を二酸化炭素とアセトアルデヒドに分解する。反応はケト基上の求核性チアゾール炭素の攻撃によって進行する。中間体は二酸化炭素を失い、不可逆的な段階でエノールを生成する。その後、遊離アセトアルデヒドが放出され、TPPが再生される。[7]
酵母
酵母では、ピルビン酸脱炭酸酵素は嫌気性発酵中に独立して作用し、2炭素フラグメントをアセトアルデヒドと二酸化炭素として放出します。ピルビン酸脱炭酸酵素は、細胞が排出するCO 2除去手段を作成します。この酵素は、競合生物を排除するための抗生物質として使用されるエタノールを生成する手段でもあります。 [4] この酵素は、遷移状態でカルボニル炭素原子に負電荷が蓄積するため、α-ケト酸の脱炭酸を助けるために必要です。したがって、酵素はTPPとα-ケト酸（ピルビン酸）が出会うのに適した環境を提供します。[4]
参考文献
- ^ 「NiceZyme View of ENZYME: EC 4.1.1.1」。ExPASy プロテオミクス サーバー。
- ^ Aren van Waarde、G. Van den Thillart、Maria Verhagen (1993)。「魚類におけるエタノール形成と pH 調節」。低酸素症を生き抜く。CRC プレス。pp. 157−170。hdl :11370/ 3196a88e -a978-4293-8f6f-cd6876d8c428。ISBN 0-8493-4226-0。
- ^ ab Tadhg P. Begley; McMurry, John (2005).生物学的経路の有機化学。Roberts and Co. Publishers。p. 179。ISBN 0-9747077-1-6。
- ^ abcdefg PDB : 1pyd ; Dyda F, Furey W, Swaminathan S, Sax M, Farrenkopf B, Jordan F (1993年6月). 「2.4Å解像度でのチアミン二リン酸依存性酵素ピルビン酸脱炭酸酵素の触媒中心」.生化学. 32 (24): 6165–70. doi :10.1021/bi00075a008. PMID 8512926.
- ^ abc Lobell M, Crout DH (1996). 「ピルビン酸脱炭酸酵素：ピルビン酸脱炭酸およびアシロイン形成の分子モデル研究」J. Am. Chem. Soc . 118 (8): 1867–1873. doi :10.1021/ja951830t.
- ^ ab Baburina I、Dikdan G、Guo F 、 Tous GI、Root B、Jordan F (1998 年 2 月)。「酵母ピルビン酸脱炭酸酵素の基質活性化部位での反応性: ドメイン相互作用の歪みによる阻害」。生化学。37 (5 ) : 1245–55。doi :10.1021/bi9709912。PMID 9477950 。
- ^ H.、ギャレット、レジナルド（2013）。生化学。グリシャム、チャールズM。（第5版）。ベルモント、カリフォルニア州：ブルックス/コール、センゲージラーニング。ISBN 9781133106296. OCLC 777722371.
{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)におけるピルビン酸+脱炭酸酵素
