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| L-スレオニンアンモニアリアーゼ | |||||||||
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 スレオニンデアミナーゼテトラマーの3D漫画描写 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.3.1.19 | ||||||||
| 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 | ||||||||
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トレオニンアンモニアリアーゼ（EC 4.3.1.19、系統名L-トレオニンアンモニアリアーゼ（2-オキソブタン酸形成）は、一般的にトレオニンデアミナーゼまたはトレオニンデヒドラターゼとも呼ばれ、L-トレオニンをα-ケト酪酸とアンモニアに変換する触媒作用を担う酵素です。
- L-トレオニン = 2-オキソブタン酸 + NH 3 (全体の反応)
- （１ａ）L-トレオニン＝２−アミノブタ−２−エン酸＋H 2 O
- (1b) 2-アミノブタ-2-エノエート = 2-イミノブタノエート（自発的）
- (1c) 2-イミノブタン酸 + H2O = 2-オキソブタン酸 + NH3 (自発的)
α-ケト酪酸はL-イソロイシンに変換できるため、スレオニンアンモニアリアーゼはBCAA 合成の重要な酵素として機能します。[1]この酵素は、アミノ酸代謝に関与する多くの酵素と同様に、ピリドキサール-5'-リン酸補 因子 を使用します。この酵素は細菌、酵母、植物に見られますが、これまでの研究のほとんどは細菌中の酵素の形態に焦点を当てています。この酵素は、代謝経路の最終産物による負のフィードバック阻害が直接観察され、研究された最初の酵素の1つでした。 [2] この酵素は、アミノ酸恒常性に使用される制御戦略の優れた例となっています。
構造
トレオニンアンモニアリアーゼは、同一のサブユニットの四量体であり、二量体の二量体として配置されている。各サブユニットには、触媒活性部位を含むドメインとアロステリック調節部位を含むドメインの2つのドメインがある。この2つは異なる領域であることが示されているが[3]、一方のサブユニットの調節部位は、実際にはもう一方のサブユニットの触媒部位と相互作用する。[4]両方のドメインには、 αヘリックスに囲まれたβシート の繰り返し構造モチーフが含まれている。[5] トレオニン結合部位は完全には解明されていないが、構造研究により、ピリドキサールリン酸補因子がどのように結合しているかは明らかになっている。[4] PLP補因子はシッフ塩基によってリジン残基 に結合し、PLPのリン酸基は、グリシン残基の繰り返し配列に由来するアミン基によって保持されている。芳香族環はフェニルアラニンに結合しており、環上の窒素はヒドロキシル基を含む残基に水素結合している。 [6]
機構
トレオニンアンモニアリアーゼのメカニズムは、シッフ塩基中間体を使用する点で、他の脱アミノ化PLP酵素と類似している。[7] 最初に、トレオニンのアミン基がリジン/PLPシッフ塩基を攻撃し、リジンを置換する。アミノ酸α炭素の脱プロトン化とそれに続く脱水（そのため、トレオニン脱水酵素という一般名が付けられている）の後、新しいシッフ塩基が形成される。このシッフ塩基はリジンの攻撃によって置き換えられ、触媒活性PLPが再形成され、最初のアルケン含有生成物が放出される。この生成物は互変異性化し、シッフ塩基の加水分解後に最終生成物が生成される。[8] [9] 最終的なα-ケト酪酸生成物が生成された後、中間体α-アセトヒドロキシ酪酸からα-β-ジヒドロキシ-β-メチルバレレート、そしてα-ケト-β-メチルバレレートへと進行してイソロイシンが合成される。[10]
規制
トレオニンアンモニアリアーゼはミカエリス・メンテン反応速度論に従わず、複雑なアロステリック制御を受けることが示されている。[11] この酵素は、関与する経路の産物であるイソロイシンによって阻害され、並行経路の産物であるバリンによって活性化される。 [1] したがって、イソロイシン濃度の上昇はその生成を止め、バリン濃度の上昇は出発物質（ヒドロキシエチル-TPP）をバリン生成から遠ざける。 この酵素にはイソロイシンに対する結合部位が2つあり、1つはイソロイシンに対して高い親和性を持ち、もう1つは低い親和性を持つ。[12] イソロイシンが高親和性部位に結合すると、低親和性部位の結合親和性が増加し、イソロイシンが低親和性部位に結合すると酵素の不活性化が起こる。バリンは高親和性部位に競合的に結合することで酵素活性を促進し、イソロイシンが阻害効果を持つことを防ぐ。[12] これら2つのフィードバック方法を組み合わせることでBCAAの濃度がバランスされます。
アイソフォームとその他の機能
スレオニンアンモニアリアーゼの複数の形態が、様々な生物種で観察されています。酵素が広範に研究されている大腸菌では、2つの異なる形態の酵素が見つかりました。1つは生合成型で、ここで紹介した酵素特性に似ていますが、もう1つは分解型で、エネルギー生産のために炭素フラグメントを生成する働きをします。[2] この2つのアイソフォームは、他の細菌でも観察されています。多くの細菌では、酵素の生分解性アイソフォームは嫌気性条件で発現し、 cAMPとスレオニンによって促進されますが、生合成アイソフォームは好気性条件で発現されます。 [13] これにより、細菌はエネルギー貯蔵のバランスを取り、エネルギーが豊富でないときにエネルギーを消費する合成経路を阻害することができます。
植物では、トレオニンアンモニアリアーゼは草食動物に対する防御機構に重要であり、非生物的ストレスに反応してアップレギュレーションされる。[14] 草食動物を阻止する独自の特性を持つ適応型酵素アイソフォームが植物の葉で発現している。このアイソフォームの触媒ドメインはタンパク質分解に対して極めて耐性があるが、調節ドメインは容易に分解されるため、他の生物に摂取されても酵素のトレオニン脱アミノ化能力はチェックされない。これにより、草食動物が吸収する前にトレオニンが分解され、草食動物は必須アミノ酸を欠乏する。[15]植物のトレオニンアンモニアリアーゼの研究は、必須アミノ酸含有量を増やすことで栄養価を高めたGMO の開発における新しい戦略も提供している。[14]
酵素の他のより珍しい形態は、サイズが非常に小さいが、すべての触媒機能と調節機能を保持していることが発見されています。[4]
進化
PLP依存性酵素には、5つの主要なフォールドタイプがあります。スレオニンアンモニアリアーゼは、トリプトファン合成酵素ファミリーとしても知られるフォールドタイプIIファミリーのメンバーです。[7]スレオニンアンモニアリアーゼはトリプトファン合成酵素のような基質トンネリングを 持っていませんが、多くの相同性が保存されています。スレオニンアンモニアリアーゼはセリン脱水酵素と最も関連が深く、どちらも同じ一般的な触媒メカニズムを持っています。[9] 実際、スレオニンアンモニアリアーゼはセリンに対してある程度の特異性を示し、セリンをピルビン酸に変換できることが示されています。[2] スレオニンアンモニアリアーゼの調節ドメインは、ホスホグリセリン酸脱水素酵素の調節ドメインと非常に似ています。[4] これらの関係はすべて、スレオニンアンモニアリアーゼがこれらの酵素と密接な進化的つながりを持っていることを示しています。アミノ酸を認識する酵素の構造と配列は保存されている程度が高いため、これらの酵素の進化的多様性は、個々の調節ドメインと触媒ドメインがさまざまな方法で組み合わさることで生じたと考えられます。[1]
人間との関連性
トレオニンアンモニアリアーゼはヒトには見られません。したがって、これはヒトが20種類のタンパク質構成アミノ酸すべてを合成できない理由の1つです。この特定のケースでは、ヒトはトレオニンをイソロイシンに変換できず、食事からイソロイシンを摂取する必要があります。[1]この酵素は、前述の理由から、腫瘍細胞から必須アミノ酸を奪い、それらを殺すという点で、腫瘍抑制剤の 可能性として過去に研究されてきましたが、 [16]この治療法は利用されていません。
参考文献
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