オキシドレダクターゼは、電子供与体（還元剤）から電子受容体（酸化剤）分子への電子移動を触媒する大規模な酵素群であり、一般的にニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADP）またはニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD）を補酵素として利用します。多くの化学的および生化学的変換が酸化還元反応を含むため、オキシドレダクターゼの実用的なバイオ触媒応用の開発は、バイオテクノロジーにおける長年の重要な目標となっています。近年、オキシドレダクターゼを基盤とした診断テストや改良型バイオセンサーの開発、必須補酵素の再生のための革新的なシステム設計において大きな進展がありました。汚染物質の生分解やバイオマス処理のためのバイオリアクター構築、ポリマーや官能基化有機基質の合成におけるオキシドレダクターゼ利用法の開発も大きく進歩しています。オキシドレダクターゼの正式名称は「供与体:受容体オキシドレダクターゼ」の形をとりますが、多くの場合「供与体デヒドロゲナーゼ」が一般的です。また、「受容体レダクターゼ」（例：NAD⁺レダクターゼ）のような一般名も時折使われます。「供与体オキシダーゼ」は、O₂が受容体として機能する特別なケースです。

分類

オキシドレダクターゼは、オキシダーゼまたはデヒドロゲナーゼのいずれかに分類されます。オキシダーゼは、分子状酸素が水素または電子の受容体として機能する場合に関与します。一方、デヒドロゲナーゼは、基質を酸化し、水素をNAD/NADPまたはフラビン酵素などの受容体に移すことで作用します。ペルオキシダーゼ、ヒドロキシラーゼ、オキシゲナーゼ、レダクターゼもオキシドレダクターゼに含まれます。ペルオキシダーゼはペルオキシソームに存在し、過酸化水素の還元を触媒できます。ヒドロキシラーゼは基質にヒドロキシル基を付加します。オキシゲナーゼは分子状酸素から有機基質へ酸素を取り込むことができます。多くの場合、レダクターゼはオキシダーゼのように作用しますが、還元反応を触媒します。

オキシドレダクターゼは、酵素のEC番号分類においてEC 1に分類され、さらに22のサブクラスに細分されます。

反応

触媒される反応は、図1のような次の反応に類似しており、Aが還元剤、Bが酸化剤です。 生化学反応では、酸化還元反応が観察しにくい場合もあり、例えば解糖系のこの反応： Pi + グリセルアルデヒド-3-リン酸 + NAD⁺ → NADH + H⁺ + 1,3-ビスホスホグリセリン酸、ここでNAD⁺は酸化剤（電子受容体）、グリセルアルデヒド-3-リン酸は還元剤（電子供与体）として機能します。

図1. 酸化還元反応。

機能

オキシドレダクターゼ酵素は、好気性および嫌気性代謝の両方で重要な役割を果たします。これらは、解糖系、TCA回路、酸化的リン酸化、アミノ酸代謝などの生体プロセスで見られます。解糖系では、酵素グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼがNAD⁺のNADHへの還元を促進します。一方、生成されたNADHのNAD⁺への再酸化は、細胞の酸化還元状態を維持するために酸化的リン酸化経路で行われます。TCA回路でも追加のNADH分子が生成されます。解糖系の生成物であるピルビン酸は、アセチルCoAの形でTCA回路に関与します。嫌気性解糖系では、NADHの酸化はピルビン酸の乳酸への還元によって達成され、乳酸は筋肉や肝細胞でピルビン酸に再酸化されます。さらに、ピルビン酸はTCA回路でさらに酸化されます。ロイシンとリシンを除く全20種類のアミノ酸は、TCA回路の中間体に分解されることができ、アミノ酸の炭素骨格はオキサロ酢酸、さらにピルビン酸へと変換されます。形成されたピルビン酸は糖新生経路で利用されます。

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オキシドレダクターゼ