ライアーの紹介

生理学において、ライアーは、加水分解や酸化以外の「除去」反応によってさまざまな化学結合を切断する触媒として働く酵素です。この反応は、新しい環状構造や新しい二重結合の形成をもたらすことが多く、ライアーの触媒作用の下で「マイケル付加」と呼ばれる逆反応が起こる可能性もあります。二重結合または新しい環を得るために、ライアーは単一の基質に作用し、分子が除去されます。ライアーは、反応が一方向に進むためには基質が1つだけ必要であるため、他の酵素とは異なりますが、逆反応には2つの基質が必要です。ライアーは、クエン酸回路（クレブス回路）や解糖系の反応で一般的に観察されます。解糖系では、アルドラーゼがフルクトース1,6-ビスリン酸をグリセルアルデヒド3-リン酸とジヒドロキシアセトンリン酸という生成物に容易にかつ可逆的に分解することができ、これは炭素-炭素結合を切断するライアーの一例です。ライアーは、補因子の再利用に必要な要件なしで機能し、理論的な収率100%の絶対的な立体特異性を持ち、50%の生産率のエナンチオマー分解と比較してはるかに効率的です。したがって、ライアーをバイオ触媒として光学活性化合物を合成するための探求に多くの研究が注がれており、すでにいくつかの大規模商業プロセスでの応用が見つかっています。ライアーは「基質群-ライアー」として体系的に命名され、脱炭酸酵素、脱水酵素、アルドラーゼなどがあります。生成物がより重要な場合、合成酵素はリン酸スルフォ乳酸合成酵素のように名前に表現されることがあります。

分類

酵素のEC番号分類において、EC 4はライアーを表すことができ、さらに7つのサブクラスに分類されます。EC 4.1のライアーは炭素-炭素結合を切断し、脱炭酸酵素（EC 4.1.1）、アルデヒドライアー（EC 4.1.2、アルドール縮合の逆反応を促進）、多くの3-ヒドロキシ酸の切断を触媒するオキソ酸ライアー（EC 4.1.3）などが含まれます。EC 4.2には、炭素-酸素結合を切断するライアーのグループが含まれ、脱水酵素などがあります。炭素-酸素ライアーの一部である水素ライアーは、水の除去によってC-O結合の切断を促進することができます。他の炭素-酸素ライアーは、リン酸の除去や多糖からのアルコールの除去を促進します。炭素-窒素結合を切断するライアーはEC 4.3に分類され、強力な切断能力でアンモニアを放出し、同時に二重結合または環を形成することができます。これらの酵素の一部は、アミンまたはアミド基の除去を助けることもできます。EC 4.4は、炭素-硫黄結合を分割するライアーを表し、反応から硫化水素（H₂S）を除去または置換することができます。炭素-ハロゲン結合を切断する酵素はEC 4.5のライアーであり、合成農薬ジクロロジフェニルトリクロロエタン（DDT）から塩酸を除去する作用モードを利用します。EC 4.6は、アデニル酸シクラーゼやグアニル酸シクラーゼのようにリン酸-酸素結合を破壊するライアーを含み、ヌクレオチド三リン酸から二リン酸を除去します。EC 4.99は他のライアーのグループです。

基質特異性

狭い基質特異性は、関連化合物の生産における酵素の柔軟性を大きく制限するため、酵素の商業化において欠点と見なされることが一般的です。ライアーは一般的に、しかし常にではなく、狭い基質特異性を持っています。ほとんどの水和酵素やアンモニアライアーは確かにかなり狭い基質特異性を持っていますが、アルドラーゼ、脱炭酸酵素、オキシニトリラーゼの基質特異性ははるかに広いです。特定のライアーの基質特異性はその出所によって異なることは注目に値します。しかし、商業的な利用のために酵素が無制限の基質特異性を持つことは絶対的な前提条件ではありません。実際、商業的に使用されているライアーの中には、かなり狭い基質スペクトルを持つものもいくつかあります。

補因子の要件

酵素の商業的な可能性は、高価な補因子の要件によって厳しく制限されることがあります。ライアーによって触媒される付加反応は単なる酸化または還元を含まないため、補因子は必須の要件ではありません。しかし、これまでに特定されたほとんどのライアーは、反応中間体の安定化、基質の偏極、基質結合、求核剤の一時的な結合などに関与する補因子を必要とします。これらの補因子の大部分はそれほど高価ではなく、酵素に共有結合しています。したがって、ライアーの補因子はその商業化の障壁を形成しません。ライアーの補因子の要件は、その異なる出所に応じて異なります。

ライアー欠乏症

ライアー欠乏症、またはHMG-CoAライアー欠乏症としても言及されるこの状態は、アミノ酸ロイシンの代謝に混乱を引き起こし、体が食物不足の期間中にエネルギー生産に使用されるケトンを合成するのを妨げる稀な遺伝性疾患です。この状態は常染色体劣性パターンで遺伝する可能性があり、つまり各細胞の遺伝子の両方のコピーが変異を受けることを意味します。ライアー欠乏症の症状は通常、出生後の最初の年に現れ、主に下痢、嘔吐、無気力、脱水、筋肉の発達不良を含みます。ライアー欠乏症のエピソード中、血糖濃度は低血糖または非常に低くなる可能性があり、いくつかの有害な化合物が蓄積されて血液が非常に酸性になることがあります。治療を受けない場合、この障害は昏睡、けいれん、呼吸困難、さらには死亡を引き起こす可能性があります。激しい運動、感染、その他の身体的ストレスは、ライアー欠乏症の症状を引き起こす可能性があります。

ライアー欠乏症の緩和

ライアー欠乏症の症状は、長期間食物を摂取しない後に増幅されます。したがって、この病気にかかった人々は、定期的な摂取と良好なバランスを確保する必要があります。炭水化物が豊富で、タンパク質と脂肪が少ない食品を摂取することは、低血糖レベルを防ぐのに有益かもしれません。L-カルニチンの適用は、体が細胞エネルギーを生産するのを助ける可能性があり、体が無気力で脱水状態のときに非常に有利です。

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