ゲノム解析により、各種担子菌類において青色多銅酸化酵素（multicopper oxidase：MCO）遺伝子が複数存在することが明らかとなった。現在では、腐生性の白色腐朽菌および褐色腐朽菌、動物・植物病原菌、ならびに菌根菌に至るまで、全ゲノム情報が利用可能である。解析対象種間でmco遺伝子の総数（1～17）およびタイプは異なり、遺伝子分布と真菌の生活様式との関連を同定することは容易ではなかった。あるタイプのmco遺伝子が特定の真菌には存在する一方、別の真菌には存在しない場合がある。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複製・保持される。系統解析により、異なるラッカーゼ亜科（Agaricus blazei特異的）、古典的なFe2+酸化型のFet3様鉄酸化酵素、これらの酵素機能の一方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凝集酵素の異なる亜科、ならびに推定アスコルビン酸酸化酵素が定義される。狭義のラッカーゼは、木材、わら、植物リターの分解に関与するという提唱された役割と、バイオテクノロジー分野における強い関心により、主として注目されてきた。しかし、ラッカーゼおよび他のMCOの生物学的機能が言及されることは稀である。基質分解、共生および病原体相互作用、発生、色素形成、ならびに銅恒常性といった機能が提案されている。多くの場合、生物学的機能の根拠は発現との関連に基づく比較的間接的な証拠にとどまる。分子研究に適した生物学的系の設定が困難であること、多銅酸化酵素の基質スペクトルが通常広範かつ相互に重複すること、天然基質に関する理解不足、発現量が低い／複数発現により酵素同定が困難であること、ならびに酵素の異種発現が困難であること等、さまざまな要因が生物学的機能の研究を阻害している。 図1．銅結合状態の異なる条件下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銅含有α2糖タンパク質で、分子量は約120,000～160,000であり、精製が容易ではない。1分子当たり6～7個の銅原子を含む単鎖ポリペプチドである。銅により青色を呈し、約10％の糖を含有する。末端シアル酸がポリペプチド鎖に結合しており、遺伝的多型を有する。生体各部位における銅の分布調節、銅含有酵素タンパク質の合成、抗酸化作用、ならびに酸化酵素活性を有し、ポリフェノールおよびポリアミン基質の酸化を触媒する能力を有する。一般にセルロプラスミンは肝臓で合成され、その一部は胆道系から排泄され、尿中含量は極めて少ないと考えられている。セルロプラスミンの測定は、特定の肝疾患、胆道疾患、腎疾患等の診断に一定の意義を有する。 2．ラッカーゼ ラッカーゼは4個の銅イオンを含有するポリフェノールオキシダーゼである。青色銅酸化酵素に属し、単量体糖タンパク質として存在する。ラッカーゼはキノコ、細菌、植物に存在し、空気中でも安定に存在し得る。反応後の生成物は水のみであるため、本質的に環境負荷の低い酵素である。ラッカーゼの特異な触媒特性により、生体検出に広く利用され、高効率バイオディテクターとして、基質、補酵素、阻害剤等の成分分析における有効なツールおよび手段となっている。近年、環境保全意識の高まりに伴い、ラッカーゼは多くの研究者の研究対象となっている。ラッカーゼは銅タンパク質で青色を呈し、分子量は約120,000、原子状銅を4個含有し、CN−により阻害され得る。ラッカーゼはポリフェノールを酸化し、フェノールおよび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有するほぼすべての基質を酸化できる。さらに、一部の真菌ラッカーゼはクレゾール等のモノフェノールやアスコルビン酸も酸化し得る。 図2．L-アスコルビン酸酸化酵素。 3．アスコルビン酸酸化酵素 アスコルビン酸酸化酵素は銅含有酵素であり、細胞質に局在する、または細胞壁と結合し、他の酸化還元反応と共役して末端酸化酵素として機能する。アスコルビン酸の酸化を触媒し、抗老化作用を有する。物質代謝において重要な役割を担う。本酵素の触媒作用下で、分子状酸素によりアスコルビン酸がデヒドロアスコルビン酸へ酸化される。酵素は細胞質および細胞壁に存在し、銅を含有する。 4．亜硝酸還元酵素 亜硝酸還元酵素（nitrite reductase：NiR）は、亜硝酸の還元を触媒する酵素群である。亜硝酸還元酵素の多くは細胞内酵素であり、細胞内の亜硝酸を効率的に分解できる。本酵素は酸化還元酵素である。触媒反応過程には電子供与体および電子伝達体の関与が必要であり、反応は酸素条件下で進行する。亜硝酸還元酵素は微生物および植物に広く存在し、自然界の窒素循環における鍵酵素である。亜硝酸をNOまたはNH3に分解し、環境中の亜硝酸態窒素の蓄積を低減することで、亜硝酸の蓄積に起因する生物への毒性影響を低減する。 図3．亜硝酸還元酵素のタンパク質構造。 参考文献

1. Bento I.; et al. Dioxygen reduction by multi-copper oxidases; a structural perspective. Dalton Transactions. 2005, (21): 3507-13.