ゲノム解析により、さまざまな担子菌類において複数の青色多銅酸化酵素（MCO）遺伝子が明らかになりました。腐生性、白色腐朽菌および褐色腐朽菌、動植物病原体、菌根菌などから全ゲノムが現在利用可能です。解析された種間でmco遺伝子の総数（1から17）やタイプは異なり、遺伝子分布と菌類の生活様式との関連を特定するのは容易ではありませんでした。mco遺伝子のタイプは、ある菌類には存在し、別の菌類には存在しない場合があります。異なる生物では、種形成の過程で異なるタイプの遺伝子が再現されます。系統解析により、異なるラッカーゼサブファミリー（Agaricus blazeiに特異的）、古典的なFe2++酸化型Fet3様鉄酸化酵素、これらの酵素機能のいずれかまたは両方を示す潜在的な鉄酸化酵素/ラッカーゼ、色素関連MCO凝集酵素および推定アスコルビン酸酸化酵素の異なるサブファミリーが定義されます。狭義のラッカーゼは、木材、藁、植物遺体の分解における役割が提案されており、バイオテクノロジー分野でこれらの酵素への強い関心があるため、狭義のラッカーゼとされています。しかし、ラッカーゼおよび他のMCOの生物学的機能についてはほとんど言及されていません。基質分解、共生および病原体との相互作用、発生、色素形成、銅の恒常性維持などの機能が提案されています。多くの場合、生物学的機能の証拠は発現の関連性によるため、かなり間接的です。生物学的機能の研究を妨げる要因としては、分子研究に適した生物系の定義の難しさ、多銅酸化酵素の基質スペクトルが通常広く重複していること、天然基質の理解不足、発現が低いまたは複数の酵素、酵素の異種発現の困難さなどが挙げられます。

図1. 異なる銅結合状態における大腸菌ラッカーゼCueOの結晶構造。

1. セルロプラスミン

セルロプラスミンは、分子量約120,000～160,000の銅含有α₂グリコプロテインであり、精製が容易ではありません。1分子あたり6～7個の銅原子を含む一本鎖ポリペプチドです。銅によって青色を呈し、約10%の糖を含みます。末端のシアル酸はポリペプチド鎖に結合しており、遺伝的多型性を持ちます。その役割は、体内各部への銅の分布を調節し、銅含有酵素タンパク質の合成、抗酸化作用、酸化酵素活性、ポリフェノールやポリアミン基質の酸化を触媒する能力を持ちます。一般的にセルロプラスミンは肝臓で合成され、その一部は胆道から排泄され、尿中含有量は非常に少ないと考えられています。セルロプラスミンの測定は、特定の肝臓、胆嚢、腎臓などの疾患の診断に一定の意義があります。

2. ラッカーゼ

ラッカーゼは4つの銅イオンを含むポリフェノールオキシダーゼです。銅青酸化酵素に属し、モノマーグリコプロテインとして存在します。ラッカーゼはキノコ、細菌、植物に存在し、空気中でも生存可能です。反応後の唯一の生成物は水であるため、本質的に環境にやさしい酵素です。ラッカーゼの独特な触媒特性により、生物学的検出に広く利用されており、高効率なバイオディテクターとして、基質、補酵素、阻害剤などの成分分析の有効なツール・手段となっています。近年、環境保護意識の高まりとともに、ラッカーゼは多くの研究者の研究対象となっています。ラッカーゼは銅タンパク質で青色、分子量は約120,000、4つの銅原子を含み、CN-によって阻害されます。ラッカーゼはポリフェノールを酸化し、フェノールやジアミンのメトキシ置換を促進し、p-ポリフェノールと類似構造を持つほぼすべての基質を酸化できます。さらに、一部の菌類ラッカーゼはクレゾールやアスコルビン酸などのモノフェノールも酸化できます。

図2. L-アスコルビン酸オキシダーゼ。

3. アスコルビン酸オキシダーゼ

アスコルビン酸オキシダーゼは銅含有酵素であり、細胞質または細胞壁と結合して存在し、他の酸化還元反応と連携して末端酸化酵素としての役割を果たします。アスコルビン酸の酸化を触媒し、抗老化効果を持ちます。物質代謝において重要な役割を果たします。この酵素の触媒下で、分子状酸素はアスコルビン酸をデヒドロアスコルビン酸に酸化することができ、細胞質および細胞壁に存在し、酵素は銅を含みます。

4. 亜硝酸還元酵素

亜硝酸還元酵素（NiRs）は、亜硝酸の還元を触媒する酵素群です。ほとんどの亜硝酸還元酵素は細胞内酵素であり、細胞内の亜硝酸を効果的に分解できます。この酵素は酸化還元酵素です。触媒反応過程には電子供与体および伝達体の関与が必要であり、反応は酸素条件下で行われます。亜硝酸還元酵素は微生物や植物に広く存在し、自然界の窒素循環における重要な酵素です。亜硝酸をNOまたはNH3に分解することで、環境中の亜硝酸性窒素の蓄積を減少させ、亜硝酸の蓄積による生物への毒性影響を低減します。

図3. 亜硝酸還元酵素のタンパク質構造。

参考文献

1. Bento I.; 他。多銅酸化酵素による二酸素還元：構造的観点から。 Dalton Transactions. 2005年、(21): 3507-13。