マルチ銅オキシダーゼファミリー

多銅酸化酵素（マルチカッパーオキシダーゼ）には、アスコルビン酸酸化酵素、ラッカーゼ、血漿セルロプラスミンなどが含まれる。これらは植物における金属酸化酵素の中でも極めて重要な一群であり、植物の多様な生理過程において中核的な役割を担う。多銅酸化酵素には、セルロプラスミン、ラッカーゼ、アスコルビン酸酸化酵素、亜硝酸還元酵素が含まれる。

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本鎖ポリペプチドで、1分子当たり6～7個の銅原子を含有する。銅により青色を呈し、糖含量は約10%である。末端シアル酸はポリペプチド鎖に結合しており、遺伝的多型を有する。生体内の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、抗酸化作用を担い、さらに酸化酵素活性を有して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示す。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、胆嚢疾患、腎疾患等の診断に一定の意義を有する。

機能

近年の別の研究結果から、CER（セルロプラスミン）が抗酸化物質として作用することが示唆されている。循環血中におけるCERの抗酸化活性は、組織における脂質過酸化物およびフリーラジカルの産生を抑制し、とりわけ炎症時に重要な意義を有する。CERは急性期反応タンパク質でもあり、感染、外傷、腫瘍の際に血漿CERは増加する。最も特徴的な臨床的意義はウィルソン病の補助診断であり、患者では血漿CER濃度が著明に低下し、血漿透析可能銅（dialysable copper）濃度が上昇する。多くの患者で神経症状を伴う肝障害が認められる。未治療の場合、本疾患は進行性で致死的となり得るため、速やかな診断と銅キレート剤であるペニシラミンによる治療が必要である。血漿CERは、栄養不良、重篤な肝疾患、ネフローゼ症候群でも低下する傾向がある。女性では妊娠中および経口避妊薬服用時に有意に増加する。

2. ラッカーゼ

ラッカーゼは4個の銅イオンを含むポリフェノールオキシダーゼであり、ブルー銅酸化酵素に分類され、単量体の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、空気中でも生存可能である。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、生体検出分野で広く利用されており、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有効なツールおよび手段となっている。近年、環境保全への関心が高まるにつれ、ラッカーゼは多くの研究者の研究対象となっている。ラッカーゼは青色を呈する銅タンパク質で、分子量は約120,000、4原子の銅を含有し、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、一部の真菌由来ラッカーゼは、クレゾールなどの単フェノールやアスコルビン酸も酸化可能である。

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、細胞質に局在するか、または細胞壁と結合して存在し、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。本酵素の触媒作用により、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へ酸化し、当該反応は細胞質および細胞壁で進行し、酵素は銅を含有する。

4. 亜硝酸還元酵素

亜硝酸還元酵素（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、環境中における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軽減する。

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.