ケト酸還元異性化酵素

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ケト酸異性化還元酵素（KARI）は、BCAAの生合成経路における第二の重要な酵素です。これは、2-アセチル-2-ヒドロキシブタン酸から2,3-ジヒドロキシ-3-メチルペンタン酸を触媒してバリンまたはイソロイシンを合成し、2-アセチル-2-ヒドロキシブタン酸から2,3-ジヒドロキシ-3-メチルペンタン酸を触媒してロイシンを合成することができます。

遺伝子

KARIはilv C遺伝子によってコードされており、分子量に基づいて2つのタイプに分けられます。そのうち、タイプI KARIは約340のアミノ酸残基から構成され、主に結核菌、緑膿菌、砂糖ビートナス科の他の細菌に見られます。KARIは基質のS-異性体に対して高い立体特異性を示し、その触媒反応は2つのステップから成ります。最初は、C2位置のメチルまたはエチル基がC3位置に移動してα-ケト-β-ヒドロキシ酸中間体を生成するアルキル移動プロセスです。次に、NAD(P)Hを使用してケト酸をC2ヒドロキシル生成物に還元する還元プロセスです。

KARIタンパク質構造と活性部位の研究

KARIの活性部位は、2つの構造ドメイン、NおよびCのインターフェースに位置し、2つのMg²⁺およびNADPHを必須コファクターとして結合します。nは8つの鎖で構成され、それぞれがβ-フォールドと両側にα-ヘリックスを持ち、ヌクレオチド結合ロスマンフォールドを形成します。Cは8つのα-ヘリックスで構成され、結び目のある構造を形成します。MtKARIの結晶構造の分析により、溶液中で二量体として存在し、この二量体構造が活性部位を形成することが示されました。活性部位は、二量体の1つのサブユニットのN構造ドメインで構成され、活性部位は二量体の1つのサブユニットのNおよびCドメインと他のサブユニットのCドメインによって形成され、他のタイプI KARIでも観察されます。

特性

KARIの触媒反応におけるNAD(P)Hの関与に加えて、金属イオンも非常に重要なコファクターです。KARIはMg²⁺をコファクターとして好むことが示されており、その触媒反応のアルキル移動段階において厳密なMg²⁺依存性を示します。BCAAの生合成経路におけるより重要な酵素の1つとして、KARIは効果的な抗菌薬や除草剤のスクリーニングのターゲットとしても使用されています。KARI触媒基質から生成物への遷移状態類似体であるIpOHAは、除草剤としてだけでなく、いくつかの抗菌活性も示すことが研究されています。

KARI阻害剤

AHASが抗菌剤および除草剤のターゲットとして成功したことを考えると、BCAA経路の他の酵素も大きな可能性を持っているかもしれません。2-ジメチルホスホノ-2-ヒドロキシ酢酸（Hoe704）およびN-イソプロピルオキサリルイソヒドロキサミン酸（IpOHA）は、KARI触媒基質から生成物への変換における遷移状態類似体として、KARI活性を効果的に阻害し、強力で不可逆的な競争的阻害剤です。阻害のメカニズムは、中間体類似体が酵素の活性部位に結合し、不可逆的な酵素-阻害剤複合体を形成し、時間依存的に酵素を不活性化することです。