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| チオラーゼ、N末端ドメイン | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | チオラーゼ_N | ||||||||
| パム | PF00108 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00092 | ||||||||
| SCOP2 | 1pxt / スコープ / SUPFAM | ||||||||
| 医療機器 | cd00751 | ||||||||
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| チオラーゼ、C末端ドメイン | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | チオラーゼ_C | ||||||||
| パム | PF02803 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00092 | ||||||||
| SCOP2 | 1pxt / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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チオラーゼは、アセチルコエンザイムAアセチルトランスフェラーゼ（ACAT ）としても知られ、メバロン酸経路で2単位のアセチルCoAをアセトアセチルCoAに変換する酵素です。
チオラーゼは、脂肪酸分解のβ酸化経路や様々な生合成経路など、多くの重要な生化学経路で重要な役割を果たす普遍的な酵素です。 [1]チオラーゼファミリーのメンバーは、分解チオラーゼ（EC 2.3.1.16）と生合成チオラーゼ（EC 2.3.1.9）の2つの大きなカテゴリに分けられます。これら2つの異なるタイプのチオラーゼは、真核生物と原核生物の両方に見られます：アセトアセチルCoAチオラーゼ（EC：2.3.1.9）と3-ケトアシルCoAチオラーゼ（EC：2.3.1.16）。3-ケトアシルCoAチオラーゼ（チオラーゼIとも呼ばれる）は、その基質に対して幅広い鎖長特異性を持ち、脂肪酸β酸化などの分解経路に関与しています。アセトアセチル CoA チオラーゼ (チオラーゼ II とも呼ばれる) は、アセトアセチル CoAのチオリシスに特異性があり、 β-ヒドロキシ酪酸合成やステロイド生合成などの生合成経路に関与しています。
炭素-炭素結合の形成は、脂肪酸とポリケチドが作られる生合成経路における重要なステップです。チオラーゼスーパーファミリー酵素は、チオエステル依存性クライゼン縮合[2]反応機構を介して炭素-炭素結合形成を触媒します。[3]
関数
チオラーゼは進化的に関連する酵素のファミリーです。真核生物と原核生物の両方に、アセトアセチルCoAチオラーゼ（EC 2.3.1.9）と3-ケトアシルCoAチオラーゼ（EC 2.3.1.16）という2つの異なるタイプのチオラーゼ[ 4 ] [5] [ 6]が存在します。3-ケトアシルCoAチオラーゼ（チオラーゼIとも呼ばれる）は、基質に対して幅広い鎖長特異性を持ち、脂肪酸β酸化などの分解経路に関与しています。アセトアセチルCoAチオラーゼ（チオラーゼIIとも呼ばれる）は、アセトアセチルCoAのチオリシスに特異的で、ポリβ-ヒドロキシ酪酸合成やステロイド生合成などの生合成経路に関与しています。
真核生物には、3-ケトアシル-CoA チオラーゼの 2 つの形態があり、1 つはミトコンドリアに存在し、もう 1 つはペルオキシソームに存在します。
チオラーゼ活性に重要な保存されたシステイン残基が 2 つあります。1 つ目は酵素の N 末端部分に位置し、アシル酵素中間体の形成に関与します。2 つ目は C 末端に位置し、縮合反応における脱プロトン化に関与する活性部位塩基です。
アイソザイム
哺乳類の非特異的脂質輸送タンパク質（nsL-TP）（ステロールキャリアタンパク質2としても知られる）は、14 Kdタンパク質（SCP-2）とより大きな58 Kdタンパク質（SCP-x）の2つの異なる形態で存在すると思われるタンパク質です。前者は細胞質またはミトコンドリアに存在し、脂質輸送に関与しています。後者はペルオキシソームに存在します。SCP-xのC末端部分はSCP-2と同一ですが、N末端部分はチオラーゼと進化的に関連しています。[6]
機構
チオエステルは酸素エステルよりも反応性が高く、脂肪酸代謝における一般的な中間体です。[7]これらのチオエステルは、脂肪酸をコエンザイムA（CoA）またはアシルキャリアタンパク質（ACP）のパンテテイン部分の遊離SH基と結合させることによって作られます。
すべてのチオラーゼは、生体内で生合成か分解かにかかわらず、3-ケトアシルCoAの分解を優先的に触媒してアセチルCoAと短縮されたアシルCoA種を形成しますが、逆クライゼン縮合反応を触媒することもできます（分解の負のギブスエネルギー変化を反映しており、これは反応を触媒するチオラーゼとは無関係です）。Z. ramigeraの生合成チオラーゼに関する研究から、チオラーゼ反応は2段階で起こり、ピンポン速度論に従うことが十分に確立されています。[8]分解反応と生合成反応の両方の最初のステップでは、求核性のCys89（またはその同等物）がアシルCoA（または3-ケトアシルCoA）基質を攻撃し、共有結合アシル酵素中間体の形成につながります。[9]第二段階では、アシル酵素中間体にCoA（分解反応）またはアセチルCoA（生合成反応）を添加することで、酵素から生成物が放出されます。[10]アセチル基と求核性システイン間の転移中に生じる四面体反応中間体は、それぞれA. fumigatus由来の生合成チオラーゼのX線結晶構造で観察されています。[11]
構造
チオラーゼスーパーファミリーの酵素のほとんどは二量体である。しかし、単量体は観察されていない。四量体はチオラーゼサブファミリーでのみ観察され、その場合、二量体は二量体化して四量体になっている。Zoogloea ramigera由来の四量体生合成チオラーゼの結晶構造は、2.0 Å の解像度で決定された。この構造には、2 つの密な二量体が互いにヒンジ運動できる、印象的で新しい「ケージのような」四量体化モチーフが含まれている。酵素四量体は Cys89 でアセチル化されており、活性部位ポケットのそれぞれに CoA 分子が結合している。[12]
生物学的機能
真核細胞、特に哺乳類細胞では、チオラーゼは、代謝機能に関連した細胞内局在や基質特異性において多様性を示します。たとえば、ペルオキシソームとミトコンドリアでの脂肪酸β酸化、ミトコンドリアでのケトン体代謝、 [13]ペルオキシソームと細胞質でのメバロン酸経路の初期段階に寄与します。[14]生化学的調査に加えて、遺伝性疾患の解析によって、チオラーゼの機能の基礎が明らかになりました。[15]遺伝学的研究では、酵母Candida tropicalisに3つのチオラーゼ系が同定されており、ペルオキシソームではβ酸化に関与している可能性があり、細胞質ではメバロン酸経路に関与している可能性があります。[16] [17] チオラーゼは、脂肪酸、ステロイド、ポリケチドの合成などの主要な酵素経路において中心的な役割を果たします。その構造生物学の詳細な理解は、例えば、これらの酵素の遺伝的欠陥によって引き起こされる疾患のより良い理解や新しい抗生物質の開発など、医学的に大きな意義を持っています。[18] ポリケチド合成酵素の複雑な触媒の多様性を利用して、生物学的および医学的に関連する天然物を合成することも、このスーパーファミリーの酵素研究の重要な将来の展望です。[19]
疾患の関連性
ミトコンドリアアセトアセチルCoAチオラーゼ欠損症は、以前はβ-ケトチオラーゼ欠損症として知られていましたが、[20]イソロイシン異化およびケトン体代謝を伴う代謝の先天異常です。この疾患の主な臨床症状は間欠性ケトアシドーシスですが、一見良性である長期的な臨床結果は十分に文書化されていません。ミトコンドリアアセトアセチルCoAチオラーゼ欠損症は、尿有機酸分析によって簡単に診断でき、培養された皮膚線維芽細胞または血液白血球の酵素分析によって確認できます。[21]
β-ケトチオラーゼ欠損症の症状は多様です。罹患患者の多くは、5～24か月齢で重度のケトアシドーシスの症状を呈します。症状は、食事性タンパク質の過剰摂取、感染症、発熱などにより発症します。症状は嘔吐から脱水、ケトアシドーシスへと進行します。[22]好中球減少症および血小板減少症、中等度の高アンモニア血症がみられることもあります。血糖値は通常正常ですが、急性期には低値または高値になることがあります。[23]急性期の最初の発作前であっても発達遅延が起こる場合があり、脳MRIでは両側の基底核線条体壊死がみられます。
参考文献
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外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)にあるアセチル CoA+C-アセチルトランスフェラーゼ
- PDBe-KBのUniProt : P28790 (3-ケトアシル-CoA チオラーゼ)のPDBで入手可能なすべての構造情報の概要。
- PDBe-KBのUniProt : Q56WD9 (3-ケトアシル-CoA チオラーゼ 2、ペルオキシソーム)のPDBで入手可能なすべての構造情報の概要。