| アルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素 | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 1.2.7.5 | ||||||||
| CAS番号 | 138066-90-7 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | インテンズビュー | ||||||||
| ブレンダ | ブレンダエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZymeビュー | ||||||||
| KEGG | KEGGエントリー | ||||||||
| MetaCyc | 代謝経路 | ||||||||
| プリアム | プロファイル | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
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| AFOR_N | |||||||||
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 超好熱性タングストプテリン酵素、アルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素の構造 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | AFOR_N | ||||||||
| Pfam | PF02730 | ||||||||
| インタープロ | IPR013983 | ||||||||
| SCOP2 | 1aor / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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| AFOR_C | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | AFOR_C | ||||||||
| Pfam | PF01314 | ||||||||
| インタープロ | IPR001203 | ||||||||
| SCOP2 | 1aor / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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酵素学において、アルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素（EC 1.2.7.5）は、化学反応を触媒する酵素です
- アルデヒド + H 2 O + 2 酸化フェレドキシン ⇌ 酸 + 3 H + + 2 還元フェレドキシン
この酵素は酸化還元酵素ファミリーに属し、特に鉄硫黄タンパク質を受容体として供与体のアルデヒド基またはオキソ基に作用する酵素です。この酵素クラスの系統名はアルデヒド：フェレドキシン酸化還元酵素です。この酵素はAORとも呼ばれます。タングステン含有タンパク質としては比較的稀な例です。[1]
発生
AORファミリーの活性部位は、モリブドプテリン 補因子（モリブデンを含まない）のペアと4Fe-4Sクラスターに結合したオキソタングステン中心を特徴としています。[2] [3]このファミリーには、超好熱古細菌から単離されたAOR、ホルムアルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素（FOR）、グリセルアルデヒド-3-リン酸フェレドキシン酸化還元酵素（GAPOR）が含まれます。 [2]クロストリジウムに見られるカルボン酸還元酵素、 [4]そして、モリブデンを含むAORファミリーの唯一のメンバーであるプロテウス・ブルガリス由来のヒドロキシカルボキシレートビオロゲン酸化還元酵素です。 [5] GAPORは解糖に関与している可能性がありますが、[6]他のタンパク質の機能はまだ明らかになっていませんAORは2-ケト酸酸化還元酵素によって生成されるアルデヒドを酸化する主要な酵素であると提案されている。[7]
AORは超好熱性古細菌であるピロコッカス・フリオサスに見られる。[1]古細菌ピロコッカスES-4株とサーモコッカスES-1株は基質特異性が異なり、AFOはより広い範囲のアルデヒド基質を反応させる。その主な役割は、アミノ酸とグルコースの代謝から生じるアルデヒドを酸化することである。[8]アルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素は、グリセルアルデヒド-3-リン酸フェレドキシン酸化還元酵素（GAPOR）とホルムアルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素を含むAORファミリーに属する。[3]
機能
AORは高温条件（約80℃）、最適pH8～9で機能します。酸素に敏感で、酸素への曝露によって活性の大部分を失い、還元環境である細胞質内で作用します。したがって、酸素への曝露または温度の低下は、その触媒特性の不可逆的な損失を引き起こします。また、AORの酸素感受性の結果、酵素の精製は無酸素環境で行われます。[8]
AORはマルトースを取り込むことで活性が上昇するため、エントナー・ドゥドロフ経路（グルコース分解）において役割を果たしていると考えられています。[3]しかし、他の提案としては、脱アミノ化された2-ケト酸から生じるアミノ酸代謝アルデヒド副産物の酸化における役割があります。アルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素の主な基質は、アセトアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、および一般的なアミノ酸とグルコースからの代謝産物であるイソバレルアルデヒドです。[8]例えば、アセトアルデヒドのkcat/KM値は最大22.0 μM-1s-1に達します。[8]実際、サーモコッカスES1株のように、アミノ酸を炭素源としてのみ利用する微生物もおり、これらの微生物はアルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素を利用してアミノ酸炭素源を代謝します。[8]
構造
AORはホモ二量体です。67kDaの各サブユニットは、1個のタングステンと4～5個の鉄原子を含んでいます。[3] 2つのサブユニットは低スピン鉄中心によって架橋されています。2つのサブユニットは独立して機能すると考えられています。[3]
- タングステン-プテリン
AORの活性部位におけるタングステンは、オキソ/ヒドロキソ配位子と2つのモリブドプテリン補因子のジチオレン置換基に結合した歪んだ四角錐形状をとっています。[3]
2つのモリブドプテリン補因子はタングステンと結合し、[9]多くの関連酵素で観察されている。[9]タングステンはタンパク質に直接結合していない。 [9]補因子にぶら下がっているリン酸中心は Mg 2+と結合し、これは Asn93 と Ala183 とも結合して八面体配位球を完成させる。[3] [9]このように、プテリンとタングステン原子は主にプテリンのアミノ酸残基との水素結合ネットワークを介して AOR 酵素に結合されている。[3]さらに、八面体形状を占める 2 つの水リガンドがプテリン、リン酸、および Mg 2+との水素結合ネットワークに参加している。[9] [Fe4S4]クラスターは4つのCysリガンドに結合しているが、アミノ結合とエーテル結合に富むプテリンは、AOR酵素のAsp-XX-Gly-Leu-(Cys/Asp)配列と相互作用する。[3]この配列では、Cys494残基も[Fe4S4]クラスターに水素結合している。[3]これは、Cys494残基が酵素のタングステン部位と[Fe4S4]クラスター部位を接続していることを示す。[3]クラスター内の鉄原子は、さらに3つの他のシステインリガンドに結合している： 。[9]また、フェレドキシンクラスターとプテリンの間の別のリンカーアミノ酸残基はArg76であり、プテリンとフェレドキシンの両方に水素結合する。[ 3]このような水素結合相互作用は、プテリン環状リングシステムが電子キャリアであることを示唆していると提案されている。[ 3 [8] W=O中心は提案されているが、結晶学的には検証されていない。[9]
AORはドメイン1、2、3の3つのドメインから構成されています。[8]ドメイン1にはタングステンに結合したプテリンが含まれていますが、他の2つのドメインはタングステンからタンパク質表面（長さ15オングストローム）へのチャネルを提供し、特定の基質がそのチャネルを通って酵素に入ることを可能にします。[8]活性部位では、このプテリン分子はサドル状の構造（通常の平面に対して500°）を取り、ドメイン1上に「座」ちます。ドメイン1もまた、タングステン-プテリン部位を収容するためにベータシートの形状をとります。[8]
- 鉄
2つのサブユニット間にある鉄中心は、AORにおいて構造的な役割を果たしています。[8]鉄金属原子は四面体構造をとり、配位子の配位は2つのヒスチジンとグルタミン酸から生じます。[8]これは、タンパク質の酸化還元活性において何らかの機能的役割を果たすことは知られていません。[8]
- Fe4S4中心
AOR中の[Fe4S4]クラスターは、他のフェレドキシン分子とはいくつかの点で異なります。[3] EPR測定により、それが1電子シャトルとして機能することが確認されています。[3]
アルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素の機構
触媒サイクルでは、W(VI)（タングステン「シックス」）はW(IV)に変換され、同時にアルデヒドはカルボン酸（等価的にはカルボキシレート）に酸化される。[3] AW(V)中間体はEPR分光法 によって検出できる。[3] [8]
AORの一般的な反応機構：[10]
- RCHO + H2O → RCO 2 H + 2H + + 2 e −
酸化還元当量は 4Fe-4S クラスターによって提供されます。
チロシン残基は、W中心に配位したカルボニル酸素原子に水素結合することにより、アルデヒドの求電子中心を活性化すると提案されている。[10]活性部位近くのグルタミン酸残基は、アルデヒドのカルボニル中心への求核攻撃のために水分子を活性化する。[10]水による求核攻撃後、水素化物はオキソタングステンに転移する。[10]その後、4Fe-4S中心への電子移動によりW(VI)が再生される。[10]ホルムアルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素では、Glu308とTyr 416が関与すると考えられ、Glu313とHis448はAOR活性部位に存在することが示されている。[9] [10]
参考文献
- ^ ab Majumdar A, Sarkar S (2011年5月). 「モリブデンおよびタングステン酵素の生体無機化学：構造機能モデリングアプローチ」.錯体化学レビュー. 255 ( 9–10 ): 1039–1054 . doi :10.1016/j.ccr.2010.11.027
- ^ Kisker C, Schindelin H, Rees DC (1997). 「モリブデン補因子含有酵素：構造とメカニズム」（PDF） . Annu. Rev. Biochem . 66 : 233–67 . doi :10.1146/annurev.biochem.66.1.233. PMID 9242907.
- ^ abcdefghijklmnopq Kletzin A, Adams MW (1996年3月). 「生物系におけるタングステン」. FEMS Microbiol. Rev. 18 ( 1): 5– 63. doi : 10.1111/j.1574-6976.1996.tb00226.x . PMID 8672295.
- ^ White H, Strobl G, Feicht R, Simon H (1989年9月). 「カルボン酸還元酵素：新規タングステン酵素は非活性化カルボン酸をアルデヒドに還元する触媒となる」. Eur. J. Biochem . 184 (1): 89– 96. doi : 10.1111/j.1432-1033.1989.tb14993.x . PMID 2550230.
- ^ Trautwein T, Krauss F, Lottspeich F, Simon H (1994年6月). 「Proteus vulgaris由来の(2R)-ヒドロキシカルボキシレート-ビオロゲン酸化還元酵素はモリブデン含有鉄硫黄タンパク質である」. Eur. J. Biochem . 222 (3): 1025–32 . doi : 10.1111/j.1432-1033.1994.tb18954.x . PMID 8026480.
- ^ Mukund S, Adams MW (1995年4月). 「グリセルアルデヒド-3-リン酸フェレドキシン酸化還元酵素、超好熱性古細菌Pyrococcus furiosusにおける解糖系としての役割を持つ新規タングステン含有酵素」J. Biol. Chem . 270 (15): 8389–92 . doi : 10.1074/jbc.270.15.8389 . PMID 7721730.
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- ^ abcdefghijklm Roy R, Dhawan IK, Johnson MK, Rees DC, Adams MW (2006-04-15).金属タンパク質ハンドブック：アルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素（第5版）. John Wiley & Sons, Ltd.
- ^ abcdefgh Kisker C, Schindelin H, Rees DC (1997). 「モリブデン補因子含有酵素：構造とメカニズム」（PDF） . Annual Review of Biochemistry . 66 : 233–67 . doi :10.1146/annurev.biochem.66.1.233. PMID 9242907.
- ^ abcdef Bevers LE, Hagedoorn PL, Hagen WR (2009年2月). 「タングステンの生体無機化学」.配位化学レビュー. 253 ( 3–4 ): 269– 290. doi :10.1016/j.ccr.2008.01.017.
さらに詳しい情報
- Mukund S, Adams MW (1991). 「超好熱性古細菌Pyrococcus furiosusの新規タングステン-鉄-硫黄タンパク質はアルデヒドフェレドキシン酸化還元酵素である。特異な解糖系への関与を示す証拠」J. Biol. Chem . 266 (22): 14208–16 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)98669-2 . PMID 1907273.
- Johnson JL, Rajagopalan KV, Mukund S, Adams MW (1993). 「超好熱性古細菌由来の4種の酵素におけるタングステン補酵素の有機成分としてのモリブドプテリンの同定」J. Biol. Chem . 268 (7): 4848–52 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)53474-8 . PMID 8444863.
- Roy R, Menon AL, Adams MW (2001). 「Pyrococcus furiosus由来のアルデヒド酸化還元酵素」.超好熱性酵素 パートB. Methods Enzymol. Vol. 331. pp. 132– 44. doi :10.1016/S0076-6879(01)31052-2. ISBN 978-0-12-182232-3 PMID 11265456
