酵素 構成

酵素

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2024/01/05 22:36 UTC 版)

構成

酵素と補因子の関係

RNAを除いて、酵素はタンパク質から構成されるが、タンパク質だけで構成される場合もあれば、非タンパク質性の構成要素(補因子)を含む場合(複合タンパク質)もある。酵素が複合タンパク質の場合、補因子と結合していないと活性が発現しない。このとき、補因子と結合していないタンパク質をアポ酵素、アポ酵素と補因子とが結合した酵素をホロ酵素という。以下では、特に断らない限り、タンパク質以外の、金属を組み込んでいない有機化合物を単に有機化合物と呼称する。

補因子の例としては、無機イオン英語版、有機化合物(補酵素)があり、金属含有有機化合物のこともある。いくつかのビタミンは補酵素であることが知られている[20]。補因子は酵素との結合の強弱で分類されるが、その境界は曖昧である。

また、酵素を構成するタンパク質鎖(ペプチド鎖)は複数本であったり、複数種類であったりする場合がある。複数本のペプチド鎖から構成される場合、立体構造を持つそれぞれのペプチド鎖をサブユニットと呼ぶ。

補欠分子族

酵素と必須元素[21][22]
元素名 酵素名
シトクロームcオキシダーゼ(E.C. 1.9.3.1[23])、コレステロールモノオキシゲナーゼ(E.C. 1.14.15.6)、リボヌクレオシド二リン酸レダクターゼE.C. 1.17.4.1[23]、アコニターゼ(E.C. 4.2.1.3[23]
亜鉛 DNAポリメラーゼ(E.C. 2.7.7.7[23])、RNAポリメラーゼ(E.C. 2.7.7.6[23])、カルボネートデヒドラターゼ(E.C. 4.2.1.1,)、アルカリホスファターゼ(E.C. 3.1.3.1[23])、アルドラーゼ(E.C. 4.2.1.1)、カルボキシペプチダーゼA/B(E.C. 3.4.17.1/2)、ロイシンアミノペプチダーゼ(E.C. 3.4.11.1[23])、アルコールデヒドロゲナーゼE.C. 1.1.1.1[23]
元素名 酵素名
L-アスコルビン酸オキシダーゼ(E.C. 1.10.3.3[23])、ラッカーゼE.C. 1.10.3.2[23])、モノフェノールモノオキシゲナー(E.C. 1.14.18.1[23])、カテコールオキシダーゼ(E.C. 1.10.3.2[23]
カルシウム カルパインE.C. 3.4.22.17[23]
マンガン スーパーオキシドディスムター(E.C. 1.15.1.1[23]
モリブデン キサンチンオキシダーゼ(E.C. 1.1.3.22[23])、亜硫酸オキシダーゼ(E.C. 1.8.3.1[23])、ニトロゲナーゼ(E.C. 1.18.6.1[23]
コバルト ビタミンB12レダクターゼ(E.C. 1.6.99.9)
ニッケル ウレアーゼ(E.C. 3.5.1.5[23]
セレン グルタチオンペルオキシダーゼ(E.C. 1.11.1.9[23]

強固な結合や共有結合をしている補因子を補欠分子族(ほけつぶんしぞく、: prosthetic group)という。補欠分子族は有機化合物のこともあるが、酵素から遊離しうる補因子を補欠分子族と区別して、補酵素と呼ぶ。

カタラーゼP450などの活性中心に存在するヘム鉄などが代表的な補欠分子族である。金属プロテアーゼの亜鉛イオンなど、直接タンパク質と結合していることもある。生体が要求する微量金属元素は、補欠分子族として酵素に組み込まれていることが多い。

補酵素

有機化合物の補因子を補酵素という。遊離しない場合は補欠分子族という。アポ酵素との結合が弱い、有機化合物の補欠分子族を補酵素とし、補酵素は補欠分子族の一種ととらえる考えもある[24]。とはいえ、たとえば、酵素と共有結合していても遊離しうるリポ酸が補酵素と区別されるなど、補酵素であるか補欠分子族であるかの基準は厳密ではない。

補酵素は、常時酵素の構造に組み込まれていないが、酵素反応が生じる際に基質と共存することが必要とされる。酵素活性のときに取り込まれ、ホロ酵素を生じさせる。したがって、酵素反応の進行によって基質とともに消費され、典型的な補欠分子族とは異なる[25]

酵素タンパク質が熱によって変性し失活するのに対して、補酵素は比較的耐熱性が高く、かつ透析によって酵素タンパク質から分離することが可能であるため、補因子として早い時期からその存在が知られていた。1931年にはオットー・ワールブルクによって初めて補酵素が発見されている。ビタミンあるいはビタミンの代謝物に補酵素となるものが多い。

NADNADPFMNFADチアミン二リン酸ピリドキサールリン酸補酵素Aα-リポ酸葉酸などが代表的な補酵素であり、サプリメントとして健康食品に利用されるものも多い。

サブユニットとアイソザイム

ホウレンソウRubisCOは大サブユニットと小サブユニットのヘテロダイマーの8量体で構成される(サブユニットごとに色分け)。

酵素が複数のペプチド鎖(タンパク質鎖)から構成されることがある。その場合、各ペプチド鎖はそれぞれ固有の三次構造(立体構造)をとり、サブユニットと呼ばれる。サブユニット構成を酵素の四次構造と呼ぶこともある。

ヒト乳酸デヒドロゲナーゼと
アイソザイムタイプ
アイソザイム
タイプ
サブユニット
構成
組織分布
LD1 H4 心臓
LD2 H3M 骨格筋
・横隔膜
・腎臓など
LD3 H2M2
LD4 HM3
LD5 M4 肝臓

たとえばヒトにおける乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH; E.C. 1.1.1.27)は4つのサブユニットから構成される四量体だが、体内組織の位置によってサブユニット構成が異なることが知られている。この場合、サブユニットは心筋型(H[23])と骨格筋型(M[23])の2種類であり、そのいずれか4つが組み合わされて乳酸デヒドロゲナーゼが構成される(たとえばH2個とM2個から構成されるH2M2など)。したがって5タイプの乳酸デヒドロゲナーゼが存在するが、これらは同じ基質で同じ生化学反応を担当するアイソザイムの関係にある。これを応用すると、たとえば臨床検査で乳酸デヒドロゲナーゼのアイソザイムタイプを同定(電気泳動で同定できる)して、疾患が肝炎であるか心筋疾患であるかを識別することができる。

なお、ここに示した以外の要因(遺伝子変異による一次構造の変化など)によってアイソザイムとなることもある。

複合酵素

複合酵素の模式図
脂肪酸生成系

一連の代謝過程を担当する複数の酵素がクラスターを形成して複合酵素となることも多い。

代表例として脂肪酸合成系の複合酵素を示す。これらは [ACP]S-アセチルトランスフェラーゼ(AT; E.C. 2.3.1.38)、マロニルトランスフェラーゼ(MT; E,C.2.3.1.39)、3-オキソアシル-ACPシンターゼI(KS)、3-オキソアシル-ACPレダクターゼ(KR; E.C. 1.1.1.100)、クロトニル-ACPヒドラターゼ(DH; E.C. 4.2.1.58)、エノイル-ACPレダクターゼ(ER; E.C. 1.3.1.10)の6種類の酵素がアシルキャリアタンパク質(ACP)とともにクラスターとなって複合酵素を形成している。脂肪酸合成系はほとんどが複合酵素で、単独の酵素はアセチルCoAカルボギラーゼ(TE; E.C. 6.4.1.2)だけである[21]


注釈

  1. ^ "E.C." や "EC." と表記される例もある。
  2. ^ EC番号は酵素の特性によって分類されるので、同じ EC番号であっても異なる配列のタンパク質の酵素が含まれる。
  3. ^ 1,000cal/molが約4.2kJ/molに相当する。

出典

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