マルチカッパーオキシダーゼファミリー

マルチカッパーオキシダーゼには、アスコルビン酸オキシダーゼ、ラッカーゼ、血漿セルロプラスミンなどの種類が含まれます。これらは植物において非常に重要な金属オキシダーゼの一群であり、植物のさまざまな生理過程で中心的な役割を果たします。マルチカッパーオキシダーゼには、セルロプラスミン、ラッカーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、亜硝酸還元酵素が含まれます。

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。銅のため青色を呈し、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、オキシダーゼ活性を持ち、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があります。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です。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。

機能

近年の別の研究結果によると、CERは抗酸化物質として作用することが示唆されています。血液循環中のCERの抗酸化活性は、組織内での脂質過酸化物やフリーラジカルの生成を防ぐことができ、特に炎症時に重要な意義を持ちます。CERは急性期反応タンパク質でもあり、感染、外傷、腫瘍時に血漿CERが増加します。最も特異的な効果はウィルソン病の診断補助であり、患者の血漿CER含有量が著しく低下し、血漿透析可能銅含有量が増加します。多くの患者は神経症状を伴う肝障害を発症する可能性があります。治療しない場合、病気は進行性かつ致命的となるため、早期診断と銅キレート剤ペニシラミンによる治療が必要です。血漿CERはまた、栄養失調、重度の肝疾患、ネフローゼ症候群時にも低下傾向を示します。女性では妊娠中や経口避妊薬服用時に含有量が著しく増加します。

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。カッパーブルーオキシダーゼに属し、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、本質的に環境に優しい酵素です。ラッカーゼの独特な触媒特性により、生物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つの原子状銅を含み、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オキシダーゼ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。この酵素はオキシドレダクターゼです。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に分解し、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。