| AnFDC1 | |||||||||
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 Aspergillus niger由来のFdc1二量体。PDBファイル：4ZA4 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.1.1.102 | ||||||||
| 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 | ||||||||
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フェルラ酸脱炭酸酵素（Fdc）は、フェルラ酸やケイ皮酸などの芳香族カルボン酸の可逆的な脱炭酸が可能な脱炭酸酵素です。[1] Fdcは、ユビキノン生合成に関与する大腸菌UbiD酵素[2]の真菌相同体です。 [3]これにより、Fdcはより広範なUbiD酵素ファミリーに位置付けられ、ファミリー内の明確な系統を形成します。[2] fdc1および関連するpad1遺伝子（大腸菌のUbiXに相同なPad1 ） の存在は、サッカロミセス・セレビシエにおけるフェニルアクリル酸の脱炭酸に必要であることが示されました。[4]
2015年に結晶構造解析によってAspergillus niger由来のFdc1 （AnFdc）の活性部位に補因子 prFMNが発見されました[5]。それ以前の遺伝学的研究では、 UbiDとUbiXはどちらも同機能の脱炭酸酵素をコードすると推測されていました[6] 。実際には、UbiX/Padはフラビンプレイルトランスフェラーゼであることが判明しており[7]、 prFMN補因子をUbiD/Fdcに供給し[5]、 α-β不飽和カルボン酸基質の可逆的な脱炭酸に利用されます[2] 。prFMNの発見以来、AnFDCはUbiD酵素ファミリーの最もよく理解された代表的酵素となっています[8]。
AnFDCメカニズム
AnFdc1の活性部位におけるprFMNの構造が推定された同じ論文において、Fdc1がα,β-不飽和カルボン酸を脱炭酸する機構についての提案がなされた。[5]すべてのUbiD酵素がアクリル酸基質を脱炭酸するわけではなく、他の基質では他の機構が作用している可能性がある。[9] AnFdc1の場合、prFMNはアゾメチンイリド特性C4a-N5+=C1'を示すことが指摘されている（図1）。これは有機化学においてよく知られた1,3-双極子であり、1,3-双極子親和性基を含むα,β-不飽和カルボン酸基質の近傍の酵素活性部位に位置する。したがって、 1,3-双極子環化付加機構が酵素的脱炭酸に関与すると提案された。これは後の論文で確認された。[8]
[5]で提案されているFdc1による1,3-双極子環状付加の 機構は以下のとおりです（中間体は図1に示されています）。
- prFMNイミニウムとα,β-不飽和基質との間の1,3-双極子環状付加により、ピロリジン環状付加物（Int1）が生成される。
- このピロリジン環付加物は、脱炭酸と開環を同時にサポートし、その結果、異なるprFMN-アルケン付加物（Int2）が形成される。
- 保存されたグルタミン酸残基（E282）がアルケン部分にプロトンを供与し、2番目のピロリジン環付加物（Int3）が生じる。
- 反応はInt3の環化脱離とアルケン生成物およびCO 2の放出で終了する。
研究ではさらに1,3-双極子付加環化の証拠を提示し、[8]桂皮酸の疑われるターンオーバーにより、α-フルオロ桂皮酸と複合体を形成したAnFdc1の結晶構造から、基質のCαおよびCβ炭素がそれぞれprFMNイミニウムC1'およびC4aの真上に位置することが明らかになった（図1では、桂皮酸の場合とα-フルオロ桂皮酸の場合でそれぞれSubと表示）。桂皮酸は、FMNを含む不活性AnFdc1結晶を使用して同様に結合することが確認された。桂皮酸とともに結晶化されたAnFdc1 E282Q変異体では、 Int2種に対応する構造が明らかになった。これは、E282がアルケン部分にプロトンを供与できないため、1,3-双極子付加環化サイクルの進行が停止したことを意味すると解釈された。
Int1およびInt3構造を観察するために、アルキン類似体を使用しました。アルケンと同様に、これらの化合物も双極子親和性試薬として機能しますが、環化付加により二重結合を含む環化付加物が生成されます。フェニルプロピオール酸と共結晶化した不活性 AnFdc1 酵素 (prFMNラジカルが結合)は、α-フルオロケイ皮酸 AnFdc1 および FMN が結合したケイ皮酸 AnFdc1 ( Inhib ) と同様の方法による結合を示しました。フェニルプロピオール酸と共結晶化した活性 AnFdc1 酵素は、アルキンと prFMNイミニウム間の3-ピロリン環化付加物 ( Int3' ) の明確な密度を示しました。Int3 ' は脱炭酸後の構造を表すため、結晶化にかかった時間 (約 24 時間) の間に脱炭酸が起こったと想定されました。急速浸漬法を用いると、カルボキシル基を保持した異なる環状付加物が観察された（Int1'）。
参考文献
- ^ 「FDC1 - フェルラ酸脱炭酸酵素1 - Aspergillus niger」. UniProt .
- ^ abc Marshall SA, Payne KA, Leys D (2017年10月). 「UbiX-UbiDシステム：プレニル化フラビン（prFMN）の生合成と利用」.生化学・生物理学アーカイブ. 632 : 209– 221. doi :10.1016/j.abb.2017.07.014. PMID 28754323.
- ^ オーセル L、ピエール F、ロワゾー L、ロンバール M、フォンテカーヴ M、バラス F (2014 年 7 月)。 「細菌におけるコエンザイムQの生合成と生理学」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - 生体エネルギー学。1837 (7): 1004–1011 . doi : 10.1016/j.bbabio.2014.01.015。PMID 24480387。
- ^ Mukai N, Masaki K, Fujii T, Kawamukai M, Iefuji H (2010年6月). 「PAD1とFDC1はサッカロミセス・セレビシエにおけるフェニルアクリル酸の脱炭酸に必須である」. Journal of Bioscience and Bioengineering . 109 (6): 564– 569. doi :10.1016/j.jbiosc.2009.11.011. PMID 20471595.
- ^ abcd Payne KA, White MD, Fisher K, Khara B, Bailey SS, Parker D, et al. (2015年6月). 「新たな補因子が1,3-双極性環化付加によるα,β-不飽和酸の脱炭酸を促進する」Nature 522 ( 7557 ): 497– 501. Bibcode :2015Natur.522..497P. doi :10.1038/nature14560. PMC 4988494. PMID 26083754 .
- ^ Zhang H, Javor GT (2003年6月). 「大腸菌のユビキノン生合成経路における同機能遺伝子ubiDおよびubiXの制御」. FEMS Microbiology Letters . 223 (1): 67– 72. doi : 10.1016/S0378-1097(03)00343-4 . PMID 12799002. S2CID 7602116.
- ^ White MD, Payne KA, Fisher K, Marshall SA, Parker D, Rattray NJ, et al. (2015年6月). 「UbiXは細菌性ユビキノン生合成に必要なフラビンプレニルトランスフェラーゼである」. Nature . 522 (7557): 502– 506. Bibcode :2015Natur.522..502W. doi :10.1038/nature14559. PMC 4988493. PMID 26083743 .
- ^ abc Bailey SS, Payne KA, Saaret A, Marshall SA, Gostimskaya I, Kosov I, et al. (2019年11月). 「酵素による環化付加体のコンフォメーション制御はprFMN依存性脱炭酸酵素における可逆的な1,3-双極環化付加を保証する」Nature Chemistry . 11 (11): 1049– 1057. Bibcode :2019NatCh..11.1049B. doi : 10.1038/s41557-019-0324-8. PMC 6817360. PMID 31527849.
- ^ Leys D (2018年12月). 「フラビンメタモルフォーシス：プレニル化を介した補因子変換」. Current Opinion in Chemical Biology . 47 : 117–125 . doi : 10.1016/j.cbpa.2018.09.024 . PMID 30326424. S2CID 53012607.
