アセト乳酸合成酵素

アセト乳酸合成酵素
スルホニルウレア系除草剤メトスルフロンメチルと複合体を形成したシロイヌナズナアセトヒドロキシ酸合成酵素の結晶構造。[ 1 ]
識別子
EC番号2.2.1.6
CAS番号9027-45-6
別名ピルビン酸：ピルビン酸アセトアルデヒドトランスフェラーゼ（脱炭酸）
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アセト乳酸合成酵素（ALS）（アセトヒドロキシ酸合成酵素またはアセトヒドロキシ酸合成酵素、略称AHASとも呼ばれる）[ 2 ]は、植物や微生物に存在するタンパク質です。ALSは、分岐鎖アミノ酸（バリン、ロイシン、イソロイシン）の合成の第一段階を触媒します。[ 3 ]

細菌性ALSと配列類似性を持つ、まだ機能が不明なヒトタンパク質がILVBL（ilvB様）遺伝子によってコードされている。[ 4 ]

構造

遺伝子

ヒトILVBL遺伝子は17のエクソンを持ち、 19番染色体のq13.1に位置している。 [ 5 ]

タンパク質

シロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）のALS触媒ペプチドは、670残基からなる葉緑体タンパク質で、そのうち最後の615残基が活性型を形成します。3つの主要ドメインがあり、2つのチアミンピロリン酸がDHS様NAD/FAD結合ドメインを挟んでいます。[ 6 ] SCOP割り当てでは、これらのサブユニットはN末端からC末端に向かってd1yhya1、d1yhya2、d1yhya3と命名されています。[ 7 ]

このページの画像に使用されたアセト乳酸合成酵素の構造は、2.70オングストロームの X線回折法を使用して決定されました。

このタンパク質と相互作用する特定のリガンドは5つあります。以下に5つを挙げます。

リガンド識別子 名前 構造
P22 エチルジヒドロゲンジホスフェート C 2 H 8 O 7 P 2
NHE 2-[N-シクロヘキシルアミノ]エタンスルホン酸 C 8 H 17 NO 3 S
マグネシウム マグネシウムイオン マグネシウム
流行 フラビン-アデニンジヌクレオチド C 27 H 33 N 9 O 15 P 2
1SM メチル 2-[({[(4,6-ジメチルピリミジン-2-イル)アミノ]カルボニル}アミノ)スルホニル]ベンゾエート C 15 H 16 N 4 O 5 S

FAD 結合は触媒的ではありません。

関数

アセト乳酸シンターゼは、様々なアミノ酸の生合成に関与する触媒酵素です。この酵素の酵素委員会コードは2.2.1.6で、アルデヒドまたはケトン残基を転移するトランスケトラーゼまたはトランスアルドラーゼに分類されます。この場合、アセト乳酸シンターゼはトランスケトラーゼであり、異化型と同化型の両方の形態を持ち、前後に移動します。これらはケトン（ピルビン酸）に作用し、代謝連鎖内を前後に移動できます。これらはヒト、動物、植物、細菌に存在します。植物では、代謝プロセスを助けるために葉緑体に存在します。[ 6 ]パン酵母では、ミトコンドリアに存在します。[ 8 ]いくつかの実験では、酵素を持たない大腸菌K-12の変異株は、唯一の炭素源として酢酸またはオレエートが存在する限り生育できないことが示されている。[ 9 ]

FAD に結合しない異化バージョン ( InterPro :  IPR012782 ) が一部の細菌に存在します。

触媒活性

アセト乳酸シンターゼはアセトヒドロキシ酸シンターゼとも呼ばれ、ピルビン酸からアセト乳酸への変換に特に関与する酵素です。

2 CH 3 COCO 2 − → − O 2 CC(OH)(CH 3 )COCH 3 + CO 2

この反応では、2つのピルビン酸分子をチアミンピロリン酸で結合させます。この反応で生成されるアセト乳酸は、最終的にバリンまたはロイシンになります。ピルビン酸と2-オキソブタン酸の同様の反応では、イソロイシンの前駆体である2-アセト-2-ヒドロキシ酪酸が生成されます。これら3つのアミノ酸はすべて必須アミノ酸であり、ヒトでは合成できません。このことから、ピルビン酸：ピルビン酸アセトアルデヒドトランスフェラーゼ（脱炭酸）という総称も付けられています。

この酵素の触媒活性は、4つの特定の残基によって担われます。これらは、必要な補因子とともにここに記載されています。

残基 位置 補因子
バリン 485 HE3
メチオニン 513 HE3
ヒスチジン 643 -
グリシン 511 TPP

アラビドプシスにおけるこのタンパク質の一次配列を以下に示す。触媒活性に関与する残基は太字で示されている。「ThDPモチーフ」におけるMg(2+)に対する重要なカルボキシルリガンドであるAsp428の変異は、AHAS IIのMg(2+)に対する親和性の低下をもたらす。変異体D428Nは、Mg(2+)飽和時に野生型に近いThDP親和性を示すが、D428EはThDPに対する親和性が低下している。これらの変異は、酵素のK(+)依存性にもつながる。[ 10 ]

一次配列。[ 11 ]触媒残基は太字で示されている。
>sp|P1759|86-667 TFISRFAPDQPRKGADILVEALERQGVETVFAYPGGASMEIHQALTRSSSIRNVLPRHEQGGVFAAEGYARSSGKPGICIATSGPGATNLVSGLADALLD SVPLVAITGQVPRRMIGTDAFQETPIVEVTRSITKHNYLVMDVEDIPRIIEEAFFLATSGRPGPVLVDVPKDIQQQLAIPNWEQAMRLPGYMSRMPKPPE DSHLEQIVRLISESKKPVLYVGGGCLNSSDELGRFVELTGIPVASTLMGLGSYPXDDELSLHMLGMHGTVYANYAVEHSDLLLAFGVRFDDRVTGKLEAF ASRAKIVHIDIDSAEIGKNKTPHVSVCGDVKLALQGMNKVLENRAEELKLDFGVWRNELNVQKQKFPLSFKTFGEAIPPQYAIKVLDELTDGKAIISTG V GQHQMWAAQFYNYKKPRQWLSSGGL G A M GFGLPAAIGASVANPDAIVVDIDGDGSFIMNVQELATIRVENLPVKVLLLNNQHLGMVMQWEDRFYKANRAH TFLGDPAQEDEIFPNMLLFAAACGIPAARVTKKADLREAIQTMLDTPGPYLLDVICP H QEHVLPMIPSGGTFNDVITEGDGR

抑制といくつかの要因により、手順は遅くなります。

規制

シロイヌナズナでは、2本の触媒ALS鎖（InterPro :  IPR012846）が、2つの調節小サブユニット（InterPro :  IPR004789）、AHASS2およびAHASS1と複合体を形成している。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]このような配置は、細菌および真核生物のALSに広く見られる。ヘテロ多量体構造は、1984年に大腸菌で、1997年に真核生物（S. cerevisiaeおよびPorphyra purpurea）で実証された。 [ 15 ]調節タンパク質のほとんどはACTドメイン（InterPro :  IPR002912）を有し、一部はNiKR様C末端（InterPro :  IPR027271） を有する。

細菌（大腸菌）におけるアセト乳酸合成酵素は、3対のアイソフォームから構成されています。各対には、触媒作用を担うと考えられる大サブユニットと、フィードバック阻害を担う小サブユニットが含まれています。各サブユニット対（それぞれALS I、II、III）は、ilvBN、ilvGM、ilvIHという独自のオペロン上に存在します（ilvNはilvBを制御し、ilvBはilvNを制御します）。これらのオペロンは、分岐鎖アミノ酸の生合成に関与する複数の酵素をコードしています。制御はオペロンごとに異なります。[ 16 ]

ilvGMEDAオペロンは、ilvGM（ALS II）ペアに加え、分岐鎖アミノ酸トランスアミナーゼ（ilvE）、ジヒドロキシ酸脱水酵素（ilvD）、およびスレオニンアンモニアリアーゼ（ilvA）をコードしています。このオペロンは、転写減衰という形でフィードバック阻害によって制御されます。つまり、転写経路の最終産物である分岐鎖アミノ酸の存在下では、転写が抑制されます。

ilvBNCオペロンは、 ilvBN（ALS I）ペアとケトール酸レダクトイソメラーゼ（ilvC）をコードします。ilvBNCオペロンも同様に制御されますが、イソロイシンとロイシンに特異的であり、バリンは直接影響を与えません。

ilvGMEDAオペロンとilvBNCオペロンは、分岐鎖アミノ酸が不足すると、それらを抑制するのと同じメカニズムによって抑制解除されます。これらのオペロンと3番目のilvIHオペロンは、ロイシン応答性タンパク質（Lrp）によって制御されます。[ 17 ] [ 18 ]

阻害剤

ALS阻害剤は除草剤として使用され、影響を受けた植物からこれらのアミノ酸を徐々に枯渇させ、最終的にDNA合成の阻害につながります。これらはイネ科植物と双子葉植物に同様に作用します。これらは化学クラスではなく、多様な化学的性質を持つ作用機序クラスです。ALS阻害剤ファミリーには、スルホニル尿素（SU）、イミダゾリノン、トリアゾロピリミジン（カテゴリ：トリアゾロピリミジンを参照）、ピリミジニルオキシベンゾエート、およびスルホニルアミノカルボニルトリアゾリノンが含まれます。[ 19 ] 2022年3月現在、ALS阻害剤はすべての除草剤クラスの中で最もひどい（既知の）耐性問題を抱えており、169の耐性標的種が知られています。[ 20 ] ALS除草剤の構造は通常の基質とは根本的に異なるため、いずれも触媒部位に結合するのではなく、除草作用に特有の部位に結合するのです。したがって、耐性変異は、正常なALS触媒活性に、正、負、中立と、幅広い影響を及ぼすことが予想されます。これは当然のことながら、実験によってまさに示されており、例えばYuら（2007 ）は、 Hordeum murinumにおいて、アミノ酸197のプロリン→セリン置換によって耐性が生じ、 ALS活性が2～3倍に増加することを発見しました。 [ 2 ]

臨床的意義

CADASILは、皮質下梗塞の再発を特徴とし、認知症につながる常染色体優性遺伝疾患として知られています。この疾患は、以​​前「ILVBL」遺伝子のD19S226～D19S199の2 cM領域にマッピングされていました。この遺伝子は、他の生物のアセト乳酸合成酵素と非常に類似したタンパク質をコードしています。この領域にマッピングされたコスミドから単離された高度に多型性のマイクロサテライトマーカーであるD19S841との組み換えは観察されませんでした。CADASIL患者においてこの遺伝子に変異は検出されなかったため、この疾患との関連は示唆されていません。[ 4 ]

相互作用

大腸菌の研究では、 ilvBのFAD結合ドメインがilvNと相互作用してAHAS I酵素を活性化することが示されている。 [ 21 ]

参考文献

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