Loading article…
調節酵素とは、生化学経路において、特定の他の生体分子の存在に反応することで、その経路の活性を調節する酵素のことである。これは通常、ホルモン産生のように、生成物が時期によって異なる量で必要とされる経路において行われる。調節酵素は高濃度（低Vmax）で存在するため、基質濃度の変化に応じて活性を増減させることができる。
化学反応を繰り返し触媒する酵素は、調節酵素と呼ばれる。
一般的に、特定の培地条件下では双曲線構造を持つタンパク質は活性状態にあり、その役割を果たす準備ができていると考えられているが、特定の不活性化によって代謝経路の調節が担われている。調節酵素は通常、多酵素系における最初の酵素であり、最初の酵素によって触媒される反応の生成物が2番目の酵素の基質となるため、細胞は経路の最初の酵素の活性を調節することで、生成物の量を制御できる。
調節酵素の活性化と不活性化には多くの戦略があります。調節酵素は、機能するために追加の活性化プロセスを必要とし、例えば触媒酵素（調節酵素）のように、3D構造に何らかの変化を経る必要があります。これらの触媒酵素の活性化を調節することは、反応速度全体を調節するために必要であり、それによっていつでも必要な量の生成物を得ることが可能になり、調節酵素は生物学的に重要な役割を担っています。したがって、調節酵素は、その制御された活性化によって、アロステリック酵素と共有結合調節酵素の2種類に分類されますが、1つの酵素が両方のタイプの調節を併せ持つこともあります。
このタイプの酵素は、酵素の基質とエフェクターという2つの結合部位を持っています。エフェクターは酵素活性を調節する小さな分子で、アロステリック部位（活性部位ではない）における調節代謝物の可逆的かつ非共有結合によって機能します。結合したこれらの代謝物は直接触媒作用には関与しませんが、それでも不可欠です。なぜなら、酵素の特定の部分の立体構造変化を引き起こすからです。これらの変化は活性部位の全体的な立体構造に影響を与え、反応の活性を変化させます。[ 1 ]
物件
アロステリック酵素は一般的に他の酵素よりも質量が大きい。単一サブユニット酵素とは異なり、アロステリック酵素は複数のサブユニットから構成されており、各サブユニットには活性部位と調節分子結合部位が含まれている。
これらは、特殊な反応速度論、すなわち協調作用を示す。ここでは、タンパク質の各鎖における構造変化が、他の鎖における変化を増幅させる。これらの変化は、三次構造および四次構造レベルで起こる。
変調方式に基づいて、これらは2つの異なるグループに分類できます。
複数の酵素が関与するシステムの中には、最終生成物の濃度が細胞が必要とする濃度を超えると、酵素の活性が阻害されるものがあります。そのため、反応速度は細胞が必要とする生成物の量によって制御されます（必要量が少ないほど、反応速度は遅くなります）。
フィードバック阻害は、タンパク質の最も重要な機能の 1 つです。フィードバック阻害により、細胞は、生成物の量が生存に十分であるか、生成物が不足しているか (または生成物が多すぎるか) を知ることができます。細胞は、このような状況に機械的に反応し、生成物の量の問題を解決できます。ヒト細胞におけるフィードバック阻害の例は、タンパク質アコニターゼ(クエン酸をイソクエン酸に異性化する酵素) です。細胞が鉄を必要とすると、この酵素は鉄分子を失い、その形態が変化します。このとき、アコニターゼはIRPF1に変換されます。IRPF1 は、鉄結合タンパク質の形成を抑制し、細胞の貯蔵から鉄を得ることができるタンパク質の形成を促進する翻訳抑制因子または mRNA 安定化因子です[ 1 ] [ 2 ]
ここでは、酵素の活性型と不活性型は、他の酵素によって触媒される構造の共有結合修飾によって変化します。このタイプの調節は、酵素タンパク質に結合できるいくつかの分子の付加または除去から成ります。修飾因子として機能する最も重要なグループは、リン酸、メチル基、ウリジン、アデニン、およびアデノシン二リン酸リボシル基です。これらのグループは、他の酵素によってタンパク質に結合または除去されます。最も顕著な共有結合修飾はリン酸化です。セリン、トレオニン、チロシンは、共有結合修飾に関与し、酵素の触媒活性を制御するために使用される一般的なアミノ酸です。キナーゼとホスファターゼは、これらの修飾に影響を与えることでよく知られている酵素であり、基質への結合親和性の立体構造状態の変化をもたらします。
リン酸化とは、タンパク質にリン酸基が付加される反応であり、細胞内で最も頻繁に起こる調節修飾機構です。このプロセスは原核細胞と真核細胞の両方で起こり（真核細胞では、タンパク質の3分の1から半分がリン酸化されます）、その頻度の高さから、細胞内の調節経路において非常に重要な役割を果たしています。
酵素へのリン酸基の付加はキナーゼ酵素によって触媒され、一方、この基の除去はホスファターゼ酵素によって触媒される。リン酸化が調節機構として頻繁に用いられるのは、リン酸化型から脱リン酸化型への変化が容易であるためである。
リン酸化または脱リン酸化によって、細胞が反応を必要とする時に酵素が機能するようになる。反応速度を調節するリン酸基の付加によって生じる効果は、2つのグループに分けられる。
リン酸化と脱リン酸化は、細胞状態の変化を知らせるシグナルへの応答として起こる可能性がある。つまり、調節酵素が関与する経路の中には、特定のシグナル（細胞状態の変化）を受けてリン酸化によって調節されるものがあるということである。
一部の酵素は複数の部位でリン酸化されることがある。タンパク質の一部にリン酸基が存在するかどうかは、酵素の折り畳み（これにより、タンパク質がキナーゼタンパク質にアクセスしやすくなるか、アクセスしにくくなる）や他のリン酸基の近接性によって決まる可能性がある。[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ]
酵素の中には、活性化するために成熟過程を経る必要があるものがある。まず前駆体（不活性状態、チモーゲンとしてよく知られている）が合成され、次に特定のペプチド結合を切断することによって（加水分解による選択的切断による酵素触媒作用）、その3次元構造が大きく変化し、触媒機能を持つ状態となり、活性酵素が得られる。
タンパク質分解は不可逆的で、通常は非特異的なプロセスです。同じ活性化因子が様々な調節酵素を調節することができます 。例えば、 トリプシンが活性化されると、他の多くの加水分解酵素も活性化されます。タンパク質分解は迅速かつ単純な場合もあり、単一のペプチド結合の加水分解だけでタンパク質の立体構造が変化し、活性部位が形成されて酵素と基質の相互作用が可能になります。例えば、キモトリプシンの活性化がこれに該当します（画像参照）。
代謝において様々な役割を担う多くの種類のタンパク質が、大きな理由からタンパク質分解によって活性化される。
タンパク質分解は不可逆的であるため、酵素の不活性化プロセスが必要となります。基質に類似した特異的阻害剤は酵素に強く結合し、基質が酵素に結合するのを阻害します。この結合は数ヶ月続くことがあります。[ 1 ] [ 5 ]