スフィンゴミエリンホスホジエステラーゼ

リステリア・イバノビイとバチルス・セレウス由来の中性スフィンゴミエリナーゼの結晶構造が解明されたことで、これらの酵素の活性部位の理解が深まった。バチルス・セレウスSMaseの活性部位は、 Asn -16、Glu -53、Asp -195、Asn-197、His -296の残基から構成される。これらのうち、Glu-53、Asp-195、His-296の残基は活性に必須であることが知られている。活性部位に金属イオンが結合した場合のSMaseの相対的な触媒活性は、二価金属イオンCo2 ⁺、Mn2 ⁺、Mg2 ⁺、Ca2 ⁺、Sr2 ⁺について研究されている。これら5つの金属イオンのうち、活性部位に結合したCo2 ⁺、Mn2 ⁺、Mg2 ⁺はSMaseの高い触媒活性をもたらす。活性部位に結合したCa ²⁺およびSr ²⁺は、SMaseの触媒活性を著しく低下させる。1つのMg ²⁺イオンまたは2つのCo ²⁺イオンが活性部位に結合すると、Co ^{2+の場合は2つの正方両錐（}八面体） 、Mg ^{2+の場合は1つの八面体からなる二重}六配位構造となる。1つのCa ²⁺イオンが活性部位に結合すると、七配位構造となる。したがって、金属イオンの触媒活性の違いは、幾何学的差異によるものと予測される。Co ²⁺およびMg ^{2+のうち、2つのCo 2+}イオンがSMaseに結合している場合、SMaseの反応性が向上する。これらのCo ²⁺イオンが結合すると、Glu-53とHis-296はそれぞれ1つの二価金属カチオンに結合する。これらのカチオンは架橋水分子に囲まれ、ルイス酸として機能する。^{[ 1 ]}

リステリア・イバノビイとバチルス・セレウス由来の中性スフィンゴミエリナーゼの結晶構造の解明により、それらの触媒機構も明らかになった。SMaseの活性部位には、それぞれ1つまたは2つの二価金属カチオン（通常はCo ²⁺、Mg ²⁺、またはCa ^2+）に結合したGluおよびHis残基が含まれている。これらの2つのカチオンは、SMをSMaseの活性部位にリクルートすることで触媒作用を助ける。Glu残基に結合した二価カチオンは、C1とSMのリン酸基の間のアミド酸素とエステル酸素と相互作用する。Asn残基とHis残基に結合した二価金属カチオンは、SMのリン酸基の酸素原子に結合する。これにより、リン酸基の負電荷が安定化される。His残基とAspおよびAsn側鎖に結合した金属カチオンは、架橋水分子の1つのpKa値を低下させ、水分子を活性化する。この水分子は求核剤として働き、SMのリン酸基を攻撃し、二価金属カチオンによって負電荷が安定化された五価リン原子を生成します。リン酸はその後四面体構造を再構築し、セラミドとホスホコリンが生成されます。^{[ 1 ]} 2016年に、哺乳類酸性スフィンゴミエリナーゼの結晶構造研究に基づくモデルが提案され、ASMaseはサポシンドメインの開いた形態と閉じた形態の間で平衡状態にあるとされました。膜がない場合、閉じたASMAsesapがASMasecatから分離され、酵素を不活性化します。陰イオン膜が存在する場合、開いたASMAsesapが優勢になり、膜表面にドッキングし、同時に触媒ドメインとの界面を形成してスフィンゴミエリン加水分解を活性化します。^{[ 14 ]}