| ペクチンエステラーゼ | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 3.1.1.11 | ||||||||
| CAS番号 | 9025-98-3 | ||||||||
| 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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ペクチンエステラーゼ（EC 3.1.1.11；系統名：ペクチンペクチルヒドロラーゼ）は、植物細胞壁の修飾とそれに続く分解を促進する複数のアイソフォームを有する、普遍的な細胞壁関連酵素です。以下の反応を触媒します。
- ペクチン + n H 2 O = nメタノール + ペクチン酸
ペクチンエステラーゼは、すべての高等植物に加え、一部の細菌や真菌にも存在します。ペクチンエステラーゼは、主に細胞壁の 局所的なpHを変化させ、細胞壁の完全性を変化させる働きをします。
ペクチンエステラーゼは、ペクチンをペクチン酸とメタノールに脱エステル化する反応を触媒する。ペクチンは植物細胞壁の主要成分の一つである。植物において、ペクチンエステラーゼは果実の成熟過程における細胞壁代謝において重要な役割を果たしている。Erwinia carotovoraなどの植物細菌病原体やAspergillus nigerなどの真菌病原体において、ペクチンエステラーゼは植物組織の軟腐および軟化に関与している。植物ペクチンエステラーゼはペクチンエステラーゼ阻害剤によって制御されているが、これらの阻害剤は微生物酵素には効果がない。[ 2 ]
関数
最近の研究では、ペクチンエステラーゼの発現を操作することで、多くの生理学的プロセスに影響を与えることが示されています。植物において、ペクチンエステラーゼは、果実の成熟過程における細胞壁の機械的安定性の調整、花粉の発芽および花粉管の成長過程における細胞壁の伸長、離解、茎の伸長、塊茎の収量、および根の発達に役割を果たしています。また、ペクチンエステラーゼは、病原体の攻撃に対する植物の反応においても役割を果たしていることが示されています。タバコ（ Nicotiana tabacum）の細胞壁に結合するペクチンエステラーゼは、タバコモザイクウイルスの移動タンパク質に対する宿主細胞受容体の認識に関与しており、この相互作用はウイルスの細胞間輸送に必要であることが示されている。
ペクチンエステラーゼは植物細胞壁の成分に対して、正反対の2つの効果をもたらす可能性があります。1つ目は、非エステル化カルボキシル基のブロックを生成し、カルシウムイオンと相互作用してペクチン酸ゲルを形成することで、細胞壁の硬化に寄与することです。もう1つは、プロトン放出が細胞壁加水分解酵素の活性を刺激し、細胞壁の緩みに寄与することです。
ペクチンのエステル化
ペクチンは双子葉植物の細胞壁乾燥重量の約35%を占めます。シスゴルジ体で重合され、内側ゴルジ体でメチルエステル化され、トランスゴルジ体で側鎖に置換されます。ペクチンの生化学はやや複雑ですが、簡単に言えば、ペクチン骨格は3種類のポリマー、すなわちホモガラクツロナン（HGA）、ラムノガラクツロナンI（RGI）、ラムノガラクツロナンII（RGII）で構成されています。
ホモガラクツロナンは細胞壁へ輸送される際に高度にメチルエステル化され、その後ペクチンエステラーゼなどのペクチン分解酵素の作用によって脱エステル化されます。ペクチンエステラーゼはペクチン化合物中のメチルエステル化されたD-ガラクトシドウロン酸単位の脱エステル化を触媒し、脱重合酵素、特に酸性ペクチンやメタノールの基質を生成します。
精製された植物ペクチンエステラーゼのほとんどは中性またはアルカリ性の等電点を持ち、静電相互作用によって細胞壁に結合しています。しかし、植物組織の可溶性画分では酸性の等電点を示すペクチンエステラーゼも検出されます。最近まで、植物ペクチンエステラーゼはメチルエステルをブロックごとに順次除去し、ペクチンのホモガラクツロナンドメインにエステル化されていない GalA 残基の長い連続領域を生成すると一般に考えられていました。あるいは、真菌ペクチンエステラーゼはランダムな活性を持ち、酵素/基質相互作用ごとに単一の GalA 残基の脱エステル化をもたらすと考えられていました。現在では、一部の植物ペクチンエステラーゼアイソフォームが両方のメカニズムを示す可能性があり、そのようなメカニズムはpHの変化によって引き起こされることが示されている。高等植物の最適 pH は通常 pH 7 から pH 8 の間ですが、真菌および細菌由来のペクチンエステラーゼの pH は通常これよりはるかに低くなります。
分子生物学と生化学
PEタンパク質は、シグナル配列と約22 kDaの大きなアミノ末端伸長部を有する、540～580個のアミノ酸からなるプレタンパク質として合成されます。この末端伸長部は最終的に除去され、34～37 kDaの成熟タンパク質が得られます。ほとんどのPEは成熟タンパク質中にN-グリコシル化のためのコンセンサス配列を欠いていますが、アミノ末端伸長部領域には少なくとも1つの部位が存在します。
植物発生におけるペクチンエステラーゼ活性の空間的および時間的制御は、多数のアイソフォームファミリーに基づいています。最近、シロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）ゲノムの体系的シークエンシングにより、ペクチンエステラーゼとしてアノテーションされた66のオープンリーディングフレームが同定されました。そのほとんどは、大型のプレプロタンパク質としてコードされています。シグナルペプチドプレ領域は、酵素を小胞体へ誘導するために必要であり、約25アミノ酸残基で構成されています。これらのN末端領域には複数のグリコシル化部位が含まれており、これらの部位も標的化に関与していると考えられています。
ペクチンエステラーゼは高度にメチル化されたペクチンとともにアポプラズムへ分泌されると考えられていますが、この分泌経路のどこかの時点でN末端のプロペプチドが切断されます。現在、プロ領域の役割は不明ですが、分子内シャペロンとして機能し、PEが細胞壁へ挿入されるまで、正しいフォールディングを保証したり、活性を失活させたりするのではないかという仮説が立てられています。
最近、ペクチンエステラーゼの分子生物学的研究に特に注目が集まっており、様々な高等植物種における複数の関連アイソフォームの特性が明らかにされています。これらのペクチンエステラーゼの中には、普遍的に発現するものもあれば、果実の成熟、花粉の発芽、あるいは茎の伸長時に特異的に発現するものもあることが示されています。こうしたデータは、ペクチンエステラーゼが、特定の発生や環境からの刺激に応じて細胞種ごとに異なる制御を受ける遺伝子ファミリーによってコードされていることを示唆しています。
植物アイソフォーム
双子葉植物には、分子量、等電点、生化学的活性が異なる複数のペクチンエステラーゼアイソフォームが同定されています。ペクチンエステラーゼアイソフォームは遺伝子ファミリーによってコードされており、その一部は植物体全体で恒常的に発現する一方、他の一部は特定の組織や異なる発育段階で特異的に発現します。ペクチンエステラーゼアイソフォームは、相対分子量、等電点、至適pH、基質親和性、イオン要求性、および位置など、様々な生化学的パラメータが異なります。
構造
| ペクチンエステラーゼ、触媒 | |||||||
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| 識別子 | |||||||
| シンボル | ペクチンエステラーゼ_cat | ||||||
| ファム | PF01095 | ||||||
| インタープロ | IPR000070 | ||||||
| プロサイト | PDOC00413 | ||||||
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ペクチンエステラーゼのN末端プロペプチドは、サイズと配列が多様で、アミノ酸の相同性は低い。一方、C末端触媒領域は高度に保存されており、成熟酵素を構成する。植物ペクチンエステラーゼの3次元構造が初めて解明されたのは、ニンジン（Daucus carota）の根由来のアイソフォームであり、すべての炭水化物エステラーゼファミリーCE-8に見られる右巻きの平行βヘリックス、膜貫通ドメイン、およびペクチン結合溝から構成される。[ 3 ]同様に、真菌および大腸菌においてもいくつかのペクチンエステラーゼ構造が解明されており、植物に見られる構造モチーフのほとんどを共有している。
原核生物と真核生物のペクチンエステラーゼは、いくつかの配列領域で相同性を示しています。Erwinia chrysanthemi由来のペクチンエステラーゼの結晶構造は、ペクチン分解酵素に見られるものと類似したβヘリックス構造を示しましたが、他の多くのエステラーゼの構造とは異なっています。[ 4 ]推定される触媒残基は、ペクチン酸リアーゼの活性部位および基質結合溝と類似した位置にあります。
参考文献
- ^ Fries, M.; Ihrig, J.; Brocklehurst, K.; Shevchik, VE; Pickersgill, RW (2007). 「植物病原体ペクチンメチルエステラーゼ活性の分子基盤」 . The EMBO Journal . 26 (17): 3879– 3887. doi : 10.1038/sj.emboj.7601816 . PMC 2000356. PMID 17717531 .
- ^ Giovane A, Tsernoglou D, Camardella L, Di Matteo A, Raiola A, Bonivento D, De Lorenzo G, Cervone F, Bellincampi D (2005). 「ペクチンメチルエステラーゼと特異的阻害タンパク質との相互作用の構造的基盤」 . Plant Cell . 17 (3): 849– 858. Bibcode : 2005PlanC..17..849D . doi : 10.1105/tpc.104.028886 . PMC 1069703. PMID 15722470 .
- ^ PDB : 1GQ8 ; Johansson K, El-Ahmad M, Friemann R, Jörnvall H, Markovic O, Eklund H (2002年3月). 「植物ペクチンメチルエステラーゼの結晶構造」 . FEBS Lett . 514 ( 2–3 ): 243–9 . Bibcode : 2002FEBSL.514..243J . doi : 10.1016/S0014-5793(02)02372-4 . PMID 11943159 .
- ^ PDB : 1QJV ; Pickersgill RW, Smith D, Jenkins J, Mayans O, Worboys K (2001). 「Erwinia chrysanthemi ペクチンメチルエステラーゼの3次元構造は、新規エステラーゼ活性部位を明らかにする」J. Mol. Biol . 305 (4): 951– 960. doi : 10.1006/jmbi.2000.4324 . PMID 11162105 .
外部リンク
- 米国国立医学図書館医学件名表（MeSH）のペクチンエステラーゼ