| アルギニン脱炭酸酵素 | |||||||||
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 アルギニン脱炭酸酵素ホモ二量体の五量体の3D描写 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.1.1.19 | ||||||||
| CAS番号 | 9024-77-5 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnz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 | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイクル | 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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酸誘導アルギニン脱炭酸酵素（AdiA）（ EC 4.1.1.19 ）は、一般的に アルギニン脱炭酸酵素とも呼ばれ、 L-アルギニンをアグマチンと二酸化炭素に変換する反応を触媒します。このプロセスでは、脱炭酸反応でプロトンが消費され、オルニチン脱炭酸酵素やグルタミン脱炭酸酵素などのアミノ酸代謝に関与する他の酵素と同様に、ピリドキサール-5'-リン酸（PLP）補因子が使用されます。[1]この酵素は細菌やウイルスに存在しますが、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。AdiAが触媒するアルギニンの脱炭酸反応では、必要なプロトンが細胞質から消費され、細胞内でのプロトンの過剰蓄積を防ぎ、細胞内pHを上昇させます。[2]アルギニン脱炭酸酵素は大腸菌（E.coli）、[3]サルモネラチフス菌、[4]メタン産生細菌メタノコッカス・ジャナスキイ[5]の酵素系の一部であり、これらの生物に耐酸性を与え、高酸性培地下での生存を可能にしている。
構造
アルギニン脱炭酸酵素は、タンパク質サブユニットの多量体である。例えば、大腸菌におけるこの酵素は、約800 kDaの同一サブユニットからなる十量体であり、さらに二量体が集まって五量体として構成されている。[6]各サブユニットは5つのドメインに分けられる。(1) アミノ末端ウィングドメイン、(2) リンカードメイン、(3) PLP結合ドメイン、(4)アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ（AspAT）様小ドメイン、(5)カルボキシ末端ドメインである。[3] AspAT様小ドメイン、PLP結合ドメイン、およびカルボキシ末端ドメインは、開いた椀状の構造を形成する。ウィングドメインは、他の3つのドメインから椀の取っ手のように伸びており、リンカードメインはこれら2つの部分を連結している。これら5つのドメインは、水素結合および静電相互作用によって互いに結合している。[3]
大腸菌アルギニン脱炭酸酵素では、各ホモ二量体は二量体表面から約30Åの位置に2つの活性部位を有する。PLP結合ドメインに存在するこの活性部位は、シッフ塩基の形でリジン残基に結合したPLP補因子からなる。PLPのリン酸基は、いくつかのセリンおよびスレオニン残基のアルコール側鎖、ならびにヒスチジン残基のイミダゾール側鎖との水素結合によって保持されている。PLP芳香環上のプロトン化窒素は、アスパラギン酸側鎖のカルボキシル基と水素結合している。 [3]
機構
アルギニン脱炭酸酵素のメカニズムは、シッフ塩基中間体を使用する点で、他の脱アミノ化および脱炭酸PLP酵素と類似している。[7]最初に、Lys386残基は、アミノ基転移反応でL-アルギニン基質によって置換され、PLP補因子とアルギニンシッフ塩基が形成される。[8]次にアルギニンカルボキシル基の脱炭酸が起こり、切断されたCC結合はPLPピリジン環に垂直であると仮定される。[9]ピリジン窒素基は、CC結合の切断を促進する電子吸引基として働く。アミノ酸のプロトン化によって新しいシッフ塩基が形成され、続いてアルギニン脱炭酸酵素のリジン残基によってアミノ基転移反応が起こり、触媒活性PLPが再生され、生成物としてアグマンチンが放出される。プロトン化されたヒスチジン残基がプロトン化段階においてプロトン源として関与しているという仮説が立てられているが[10] 、アルギニン脱炭酸酵素におけるプロトン供与残基の正体はまだ確認されていない。
関数
アルギニン脱炭酸酵素は、アルギニン依存性酸性耐性（AR3） [11]の主要構成要素の一つであり、大腸菌が胃の高酸性環境下で十分長く生存し、消化管を通過してヒト宿主に感染することを可能にする。この酵素は脱炭酸反応において細胞質プロトンを消費し、細胞内のpHが過度に酸性化するのを防ぐ。酵素の活性は周囲のpHに依存する。細胞内のpHレベルがより塩基性になると、酵素は不活性なホモ二量体の形で存在する。これは、ウィングドメイン内の負に帯電した酸性残基間の静電反発により、ホモ二量体が触媒活性な10量体へと集合することが妨げられるためである。細胞環境がより酸性になるにつれて、これらの残基はプロトン化によって中性に帯電する。ホモ二量体間の静電反発が少なくなると、酵素は触媒活性な10量体として集合することが可能になる。[12]大腸菌アルギニン脱炭酸酵素が用いるこの特定の組み立て戦略は、他の好酸性生物が酸性の生育条件に対処するために一般的に用いられている。[13]全体として、アルギニン脱炭酸酵素の耐酸性活性は2つの側面を持つ。ホモ二量体の表面タンパク質残基はプロトンを消費し、活性デカマーの形成につながり、これが脱炭酸反応を介してさらにプロトン消費を増加させる。アルギニン脱炭酸酵素は、AR3の別の構成要素であるアルギニン脱炭酸酵素アンチポーター（AdiC）と連携して機能し、細胞外アルギニン基質を脱炭酸反応の細胞内副産物と交換する。[14] [15]
参考文献
- ^ Paiardini A, Contestabile R, Buckle AM, Cellini B (2014). 「PLP依存性酵素」. BioMed Research International . 2014 856076. doi : 10.1155/2014/856076 . PMC 3914556. PMID 24527459 .
- ^ Boeker EA、Snell EE (1971 年 1 月)。 「[225] アルギニン デカルボキシラーゼ (大腸菌 B)」。[225] アルギニンデカルボキシラーゼ（大腸菌B）。酵素学の方法。 Vol. 17. pp. 657–662 .土井:10.1016/0076-6879(71)17114-5。ISBN 978-0-12-181877-7。
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