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| トリプトファン合成酵素 | |||||||||
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 サブユニット:ベータサブユニット、アルファサブユニット（ PLP付き） 、IGP | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.2.1.20 | ||||||||
| CAS番号 | 9014-52-2 | ||||||||
| 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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トリプトファン合成酵素またはトリプトファン合成酵素は、トリプトファンの生合成における最後の2つのステップを触媒する酵素（EC 4.2.1.20）である。[1] [2]真正細菌、[3]古細菌、[4]原生生物、[5]菌類、[6]植物界によく見られる。[7]しかし、動物界には存在しない。[8]典型的にはα2β2テトラマーとして見られる。[9] [10] αサブユニットは、インドール-3-グリセロールリン酸（IGP）からインドールとグリセルアルデヒド-3-リン酸（G3P）の可逆的な形成を触媒する。 βサブユニットは、ピリドキサールリン酸（PLP）依存性反応でインドールとセリンの不可逆的な縮合を触媒してトリプトファンを形成する。各α活性部位は、酵素内に含まれる25オングストロームの長さの疎水性チャネルによってβ活性部位と結合している。これにより、α活性部位で形成されたインドールが基質チャネリングと呼ばれるプロセスで直接β活性部位に拡散することが容易になる。[11]トリプトファン合成酵素の活性部位はアロステリックに結合している。[12]
酵素の構造
サブユニット
トリプトファン合成酵素は、典型的にはα-ββ-α複合体として存在する。αおよびβサブユニットの分子量はそれぞれ27kDaおよび43kDaである。αサブユニットはTIMバレル構造を有する。βサブユニットはフォールド型II構造を有し、活性部位に隣接して一価カチオンの結合部位を有する。[13]これらが複合体に組み立てられると、両方のサブユニットの構造変化が起こり、相互活性化が生じる。サブユニット間コミュニケーションには主に2つのメカニズムがある。まず、βサブユニットのCOMMドメインとαサブユニットのαループ2が相互作用する。さらに、αGly181残基とβSer178残基の間にも相互作用がある。[14]活性部位はアロステリックに制御され、開いた不活性状態と閉じた活性状態の間を遷移する。[12]
疎水性チャネル
α活性部位とβ活性部位は、酵素内に含まれる長さ25オングストロームの疎水性チャネルによって分離されており、インドールの拡散を可能にしています。このチャネルが存在しない場合、α活性部位で形成されたインドールは疎水性であり、膜を容易に通過できるため、すぐに拡散して細胞から失われます。そのため、このチャネルは酵素複合体の機能に不可欠です。[15]
酵素のメカニズム
トリプトファン合成酵素の反応により、インドール-3-グリセロールリン酸とセリンがグリセルアルデヒド-3-リン酸、トリプトファン、水に変換されます。反応は 2 つのステップで起こり、各ステップはサブユニットの 1 つによって触媒されます。
αサブユニット反応
αサブユニットは、IGPの逆アルドール分解によるインドールとG3Pの形成を触媒する。αGlu49とαAsp60は、示されているように触媒に直接関与していると考えられている。[11]律速段階はIGPの異性化である。[16]図2を参照。
βサブユニット反応
βサブユニットは、PLP依存性反応でインドールとセリンが凝縮してトリプトファンを形成するβ置換反応を触媒します。βLys87、βGlu109、およびβSer377は、示されているように触媒に直接関与していると考えられています。[11]ここでも、正確なメカニズムは決定的に決定されていません。図2を参照してください。
生物学的機能
トリプトファン合成酵素は、真正細菌、古細菌、原生生物、真菌、植物界に広く見られます。人間などの動物には存在しません。トリプトファンは、20 種類の標準アミノ酸の 1 つであり、人間にとって 9 種類の必須アミノ酸の 1 つです。そのため、トリプトファンは人間の食事に欠かせない成分です。
基板範囲
トリプトファン合成酵素は、フッ素化インドールやメチル化インドールなどのインドール類似体を基質として受け入れ、対応するトリプトファン類似体を生成することも知られています。[17]
疾患の関連性
ヒトはトリプトファン合成酵素を持たないため、この酵素は潜在的な薬剤ターゲットとして研究されてきた。[18]しかし、細菌はアミノ酸を生成するための代替メカニズムを持っていると考えられており、このアプローチの効果は低下する可能性がある。いずれにせよ、薬剤が細菌を弱めるだけだとしても、細菌は敵対的な宿主環境においてすでに脆弱であるため、それでも有用である可能性がある。このように、アミノ酸代謝におけるトリプトファン合成酵素と他のPLP酵素の阻害は、医療問題の解決に役立つ可能性がある。[19]
アミノ酸代謝におけるトリプトファン合成酵素およびその他の PLP 酵素の阻害は、以下の場合に示唆されています。
- 結核の治療[18]
- 眼および性器感染症の治療[20]
- クリプトスポリジウム症の治療[18]
- 除草剤の使用[21]
進化
進化の初期にtrpB2遺伝子が複製されたと考えられています。1つのコピーはtrpB2iとしてtrpオペロンに入り、trpAとの発現を可能にしました。TrpB2iはTrpAと一時的な複合体を形成し、その過程でTrpAを一方向に活性化しました。もう1つのコピーはtrpB2oとして外側に残り、既存の役割を果たしたり、インドールのサルベージタンパク質として機能するなどの新しい役割を果たしました。TrpB2iはTrpB1に進化し、trpAと永続的な複合体を形成して双方向の活性化をもたらしました。インドールサルベージタンパク質の利点は低下し、TrpB遺伝子は失われました。最終的に、TrpB1遺伝子とTrpA遺伝子が融合し、二機能性酵素が形成されました。[22]
歴史的意義
トリプトファン合成酵素は、2つの触媒能力を持つ最初の酵素として特定され、広範囲に研究されました。また、基質チャネリングを利用することが初めて確認された酵素でもありました。そのため、この酵素は広範囲に研究され、大きな関心を集めています。[11]
参照
参考文献
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