Loading article…
| ピルビン酸リン酸ジキナーゼ | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 2.7.9.1 | ||||||||
| CAS番号 | 9027-40-1 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
| ピルビン酸リン酸ジキナーゼ | |
|---|---|
 ピルビン酸リン酸ジキナーゼ二量体、Clostridium symbiosum ( PDB : 1KC7 ) | |
| 識別子 | |
| シンボル | PPDK |
| インタープロ | 著作権 |
| 以下のドメインを参照してください。 | |
ピルビン酸リン酸ジキナーゼ（PPDK）（EC 2.7.9.1）は、化学反応を触媒するトランスフェラーゼファミリーの酵素である。
- ATP + ピルビン酸 + リン酸AMP + ホスホエノールピルビン酸 + 二リン酸
この酵素は主に植物で研究されていますが、一部の細菌でも研究されています。[1]これは糖新生と光合成の重要な酵素であり、エムデン・マイヤーホフ・パルナス解糖系でピルビン酸キナーゼによって行われる反応を逆転させる役割を果たします。ピルビン酸水ジキナーゼ と混同しないでください。
この酵素は転移酵素ファミリーに属し、具体的には、リン含有基（ホスホトランスフェラーゼ）を対になった受容体（ジキナーゼ）に転移する酵素です。この酵素はピルビン酸代謝と炭素固定に関与しています。
命名法
この酵素クラスの体系的な名前は、ATP:ピルビン酸、リン酸ホスホトランスフェラーゼです。一般的に使用される他の名前には、ピルビン酸、オルトリン酸ジキナーゼ、ピルビン酸リン酸ジキナーゼ (リン酸化)、ピルビン酸リン酸ジキナーゼ、ピルビン酸無機リン酸ジキナーゼ、ピルビン酸リン酸ジキナーゼ、ピルビン酸リン酸リガーゼ、ピルビン酸リン酸ジキナーゼ、ピルビン酸リン酸リガーゼ、ピルビン酸、Pi ジキナーゼ、および PPDK があります。
反応メカニズム
PPDKはピルビン酸からホスホエノールピルビン酸（PEP）への変換を触媒し、その過程でATP分子1個を消費し、AMP分子1個を生成する。このメカニズムは3つの可逆反応から構成される：[2]
- 酵素 PPDK は ATP に結合し、AMP と二リン酸化PPDK を生成します。
- 二リン酸化 PPDK は無機リン酸と結合し、二リン酸と (一) リン酸化 PPDK を生成します。
- リン酸化 PPDK はピルビン酸に結合し、ホスホエノールピルビン酸を生成して PPDK を再生します。
この反応は、ピルビン酸をPEPに変換するピルビン酸キナーゼによって触媒される反応に似ています。 [3]しかし、ピルビン酸キナーゼは不可逆的な反応を触媒し、ATPを消費しません。対照的に、PPDKは可逆的な反応を触媒し、変換されたピルビン酸1分子につきATP1分子を消費します。
現在、各メカニズムの詳細は不明である[3]
構造
活性型のPPDKは、約95kDaのサブユニットを持つホモテトラマーである[4]
約 45オングストローム離れた2 つの異なる反応中心があり、異なる基質が結合します。[5]ヌクレオチド( ATP )結合部位はN 末端にあり、240 個のアミノ酸と特徴的なATP グリップがあります。ピルビン酸/PEP 結合部位はC 末端にあり、340 個のアミノ酸と α/β バレルフォールドがあります。また、触媒作用を担う主要な残基であるHis455を含む中央ドメインもあります。His455 は、リン酸化受容体または供与体残基です。 [3]酵素の構造は、His455 アームが回転運動をして、2 つの反応中心間でリン酸化基を往復させることを示唆しています。[6]この回転中、中央ドメインは少なくとも 92 度回転し、 0.5 オングストローム移動します。 [7]
PPDKの結晶構造の研究では、酵素の起源に応じて、中央ドメインが他の2つのドメインに対して異なる距離に位置していることが示されています。[7]トウモロコシではC末端に近いですが、クロストリジウム・シンビオサムではN末端に近いです。
研究により、PPDKの結合メカニズムは、D-Ala-D-Alaリガーゼおよびピルビン酸キナーゼのものと類似していることが示されています。[5]特に、PPDKはピルビン酸からホスホエノールピルビン酸への変換を触媒するピルビン酸キナーゼと非常に類似していますが、リン酸化酵素中間体を介さずにこれを行います。[3]アミノ酸配列は異なりますが、触媒に重要な残基は両方の酵素で保存されています。点変異誘発実験により、触媒残基にはArg 561、Arg 617、Glu 745、Asn 768、およびCys 831（ C、symbiosumタンパク質に対する番号、PDB：1KBL、1KC7 ）が含まれていることが示されています。[3]
生物学的機能と進化
PPDKはC4経路で使用され、二酸化炭素固定の効率を改善します。[8]光が多い環境では、植物の光合成速度は二酸化炭素（CO 2 ）の吸収速度によって制限されます。これは、一連の化学反応を使用して、CO 2 を葉肉細胞（葉の外側にある）から束鞘細胞（細胞内にある）に輸送することで改善できます。PPDKはピルビン酸をPEPに変換し、これがCO 2と反応してオキサロ酢酸を生成します。束鞘細胞でCO 2が放出されると、ピルビン酸が再生され、サイクルが継続します。[8]
PPDKによって触媒される反応は可逆的であるが、生物学的条件下ではPEPが生成物として優先される。これは、反応が起こる間質のpHが塩基性 であることと、アデニル酸キナーゼとピロホスファターゼの濃度が高いことに起因している。これら2つの酵素は、それぞれAMPと二リン酸を含む発エルゴン反応を触媒するため、PPDK触媒反応を促進させる。[9] PPDKはATPを消費するため、光がほとんど届かない環境の植物では大量のATPを生成できず、C4経路は不利である。[8]
PPDKはC4の葉に非常に多く含まれており、総タンパク質の最大10％を占めています。[10]研究では、この酵素は異なる植物種で約96％同一であることが示されています。交配実験により、遺伝的差異は植物がC4経路を実行する程度と相関していることが明らかになりました。珍しい配列は、C3特性も示す植物に存在します。[11] PPDKはC3植物にも少量含まれています。進化の歴史から、PPDKはかつては類似のピルビン酸キナーゼのように解糖系で役割を果たし、最終的にC4経路に進化したと考えられます。 [10]
PPDKは植物以外にも、寄生性アメーバの赤痢アメーバ（P37213）や細菌のクロストリジウム・シンビオサム（P22983）にも含まれています。[12]これら2つの生物において、PPDKはピルビン酸キナーゼと同様に（時にはピルビン酸キナーゼの代わりに）機能し、解糖系の一部としてATP生成方向の反応を触媒します。赤痢アメーバPPDKの阻害剤は、この生物に対するアメーバ駆除剤として提案されています。[13]
規制
植物のPPDKは、ピルビン酸リン酸ジキナーゼ調節タンパク質（PDRP）によって制御されています。[4]光レベルが高い場合、PDRPはAMPを使用してPPDKのThr456を脱リン酸化して酵素を活性化します。[10] PDRPは、二リン酸を使用して同じスレオニン残基をリン酸化することによりPPDKを不活性化します。PDRPは、2つの異なるメカニズムを通じてPPDKの活性化と不活性化の両方を触媒するため、ユニークな調節因子です。[10]
トウモロコシのPPDKに関する研究では、イントロン、ターミネーター配列、そしておそらく他のエンハンサー配列が協調して機能的かつ安定したmRNAのレベルを高めることが示唆されている。PPDK cDNAは、有意な発現が見られた完全なDNAと比較して、トランスジェニックイネではわずかにしか発現しなかった。 [14]
構造研究
2018 年初頭現在、このクラスの酵素については 14 の構造が解明されており、PDBアクセッション コードは 1DIK、1GGO、1H6Z、1JDE、1KBL、1KC7、1VBG、1VBH、2DIK、2FM4、5JVJ、5JVL、5JVN、5LU4 です。
参考文献
- ^ Pocalyko DJ、Carroll LJ、Martin BM、Babbitt PC、Dunaway-Mariano D (1990 年 12 月)。「植物および細菌のピルビン酸リン酸ジキナーゼ、細菌のホスホエノールピルビン酸: 糖ホスホトランスフェラーゼ システムの酵素 I、およびその他の PEP 利用酵素の配列相同性の分析。潜在的な触媒および調節モチーフの特定」。生化学。29 ( 48 ): 10757–65。doi :10.1021/bi00500a006。PMID 2176881 。
- ^ Evans HJ、Wood HG (1968 年12月)。「ピルビン酸、リン酸ジキナーゼ反応のメカニズム」。米国科学アカデミー紀要。61 (4):1448–53。Bibcode : 1968PNAS ... 61.1448E。doi : 10.1073/ pnas.61.4.1448。PMC 225276。PMID 4303480 。
- ^ abcde Herzberg O, Chen CC, Liu S, Tempczyk A, Howard A, Wei M, et al. (2002年1月). 「ピルビン酸リン酸ジキナーゼのピルビン酸部位：酵素-ホスホノピルビン酸複合体の結晶構造と変異体解析」.生化学. 41 (3): 780–7. doi :10.1021/bi011799+. PMID 11790099.
- ^ ab Chastain CJ、 Failing CJ、Manandhar L、Zimmerman MA、Lakner MM、Nguyen TH (2011年5月)。「C(4)ピルビン酸オルトリン酸ジキナーゼの機能的進化」。Journal of Experimental Botany。62 ( 9): 3083–91。doi : 10.1093/ jxb /err058。PMID 21414960。
- ^ ab Herzberg O, Chen CC, Kapadia G, McGuire M, Carroll LJ, Noh SJ, Dunaway-Mariano D (1996 年 4 月). 「遠隔反応部位間の酵素リン酸転移のためのスイベルドメイン機構」.米国科学アカデミー紀要. 93 (7): 2652–7. Bibcode :1996PNAS...93.2652H. doi : 10.1073/pnas.93.7.2652 . PMC 39685. PMID 8610096 .
- ^ Lim K, Read RJ, Chen CC, Tempczyk A, Wei M, Ye D, et al. (2007年12月). 「ピルビン酸リン酸ジキナーゼにおける回転ドメイン機構」.生化学. 46 (51): 14845–53. CiteSeerX 10.1.1.421.2653 . doi :10.1021/bi701848w. PMID 18052212.
- ^ ab Nakanishi T, Nakatsu T, Matsuoka M, Sakata K, Kato H (2005年2月). 「トウモロコシ由来ピルビン酸リン酸ジキナーゼの結晶構造は、回転ドメイン運動における代替コンフォメーションを明らかにした」.生化学. 44 (4): 1136–44. doi :10.1021/bi0484522. PMID 15667207.
- ^ abc Berg J、Tymoczko J、Stryer L (2012)。「カルビン回路とペントースリン酸経路」。生化学（第7版）。ニューヨーク：WHフリーマン。pp.599-600。ISBN 9780716787242。
- ^ Chastain C (2010)。「C4 ピルビン酸オルトリン酸ジキナーゼの構造、機能、および翻訳後制御」。Raghavendra A (編)。C4光合成および関連する CO2 濃縮メカニズム。Springer。pp. 301–305。ISBN 9789048194063。
- ^ abcd Chastain CJ、Fries JP、Vogel JA、Randklev CL、Vossen AP、Dittmer SK、他 (2002 年 4 月)。「C(3) 植物の葉と葉緑体中のピルビン酸オルトリン酸ジキナーゼは、光/暗闇によって可逆的なリン酸化を受ける」。植物生理学。128 ( 4 ) : 1368–78。doi :10.1104/pp.010806。PMC 154264。PMID 11950985。
- ^ Rosche E、Streubel M、Westhoff P (1994 年 10 月)。「C3 植物 Flaveria pringlei の光合成ピルビン酸オルトリン酸ジキナーゼの一次構造と C3、C3-C4、C4 Flaveria 種におけるピルビン酸オルトリン酸ジキナーゼ配列の発現解析」。植物分子生物学 。26 ( 2 ): 763–9。doi : 10.1007 /bf00013761。PMID 7948930。S2CID 23276817。
- ^ UniProt 50%-90% クラスター: Clostridium PPDK 由来
- ^ Stephen P、Vijayan R、Bhat A、Subbarao N、Bamezai RN (2008 年 9 月)。「赤痢アメーバのピルビン酸リン酸ジキナーゼの分子モデリングと新規阻害剤の in silico 仮想スクリーニング」。Journal of Computer - Aided Molecular Design。22 ( 9): 647–60。Bibcode :2008JCAMD..22..647S。doi :10.1007/s10822-007-9130-2。PMID 17710553。S2CID 25026913 。
- ^ Fukayama H, Tsuchida H, Agarie S, Nomura M, Onodera H, Ono K, et al. (2001年11月). 「C(3)植物であるイネにおけるC(4)特異的ピルビン酸オルトリン酸ジキナーゼの顕著な蓄積」. Plant Physiology . 127 (3): 1136–46. doi :10.1104/pp.010641. PMC 129282. PMID 11706193 .
さらに読む
- Hatch MD、 Slack CR (1968 年 1 月)。「ピルビン酸とホスホピルビン酸の相互変換のための新しい酵素と光合成の C4 ジカルボン酸経路におけるその役割」。The Biochemical Journal。106 ( 1 ) : 141–6。doi :10.1042/bj1060141。PMC 1198479。PMID 4305612 。
- Reeves RE (1968年6月)。 「ピルビン酸キナーゼの解糖機能を持つ新しい酵素」。The Journal of Biological Chemistry。243 ( 11): 3202–4。doi : 10.1016 /S0021-9258(18)93395-8。PMID 4297474 。
- Reeves RE (1971年11 月)。 「 Bacteroides symbiosus 由来のピルビン酸リン酸ジキナーゼ」。生化学ジャーナル。125 (2): 531–9。doi : 10.1042 /bj1250531。PMC 1178089。PMID 5144757 。
- Reeves RE、Menzies RA、Hsu DS (1968年10 月)。「ピルビン酸リン酸ジキナーゼ反応。リン酸の運命と平衡」。The Journal of Biological Chemistry。243 ( 20 ): 5486–91。doi : 10.1016 /S0021-9258(18)91972-1。PMID 4302788 。
