トランスアルドラーゼ

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トランスアルドラーゼは、ペントースリン酸経路の非酸化的分岐にある酵素の一つで、フルクトース6-リン酸からエリトロース4-リン酸へのジヒドロキシアセトン部分の可逆的な移動を触媒し、セドヘプトロース7-リン酸とグリセルアルデヒド3-リン酸を生成します。この反応メカニズムには、クラスIアルドラーゼの特徴である活性部位リジンによるシッフ塩基中間体の形成が含まれます。アミノ酸配列の比較により、トランスアルドラーゼはトランスアルドラーゼサブファミリーとMipB/TalCサブファミリーの2つのサブクラスに分けられることが示唆されています。トランスアルドラーゼサブファミリーのほとんどの酵素は、ポリペプチド鎖あたり約320〜350アミノ酸から構成されています。このサブファミリーの代表である大腸菌トランスアルドラーゼの結晶構造解析により、これらの酵素は8本のストランドを持つα/βバレルフォールドを含み、他のクラスIアルドラーゼと円環置換によって関連していることが明らかになりました。このトランスアルドラーゼ遺伝子の置換により、触媒リジン残基がクラスIアルドラーゼのβストランド6の古典的な位置からα/βバレルのβストランド4に移動します。

図1. トランスアルドラーゼの構造。

メカニズム

ペントースリン酸経路には2つの代謝機能があります：(1) 還元的生合成のためのニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（還元型NADPH）の生成、(2) ATP、DNA、RNAの重要な部分であるリボースの形成です。トランスアルドラーゼはペントースリン酸経路を解糖系に結びつけます。トランスアルドラーゼが欠乏している患者では、エリスリトール（エリトロース4-リン酸由来）、D-アラビトール、リビトールが蓄積します。TALDO1遺伝子の3塩基対の欠失は、トランスアルドラーゼタンパク質の位置171のセリンの欠失を引き起こし、これは高度に保存された領域の一部であり、この変異が赤血球およびリンパ芽球に見られるトランスアルドラーゼ酵素欠乏を引き起こすことを示しています。幼児期の初期にこのアミノ酸が欠乏すると、肝硬変や肝脾腫（脾臓と肝臓の腫大）を引き起こす可能性があります。トランスアルドラーゼは、多発性硬化症の患者にとって自己免疫の標的でもあります。

構造

トランスアルドラーゼは337アミノ酸からなる単一ドメインです。活性部位はバレルの中心に位置し、リジン142、グルタミン酸106、アスパラギン酸27の3つの重要な残基を含んでいます。リジンは糖を固定し、グルタミン酸とアスパラギン酸はプロトンの供与体および受容体として機能します。コア構造は、他のクラスIアルドラーゼと類似したα/βバレルで、8つの平行なβシートと7つのαヘリックスから構成されています。バレルの一部ではない7つの他のαヘリックスがあります。疎水性アミノ酸は、バレル内のβシート層と周囲のαヘリックスの間に位置し、Leu-168、Phe-170、Phe-189、Gly-311、Phe-315を含む領域のように蓄積を促進します。結晶中で、ヒトトランスアルドラーゼは二量体を形成し、各サブユニットの18残基によって2つのサブユニットが接続されています。

触媒

トランスアルドラーゼの活性部位にあるリジン142残基が別の活性部位のグルタミン酸106によって脱プロトン化されると、ヘプタリン酸のケトン基とシッフ塩基を形成します。反応メカニズムは、アルドラーゼによって触媒される逆反応に類似しています：炭素3と4を結ぶ結合が切断され、ジヒドロキシアセトンがシッフ塩基を介して酵素に結合します。この切断反応は、異常なアルドースエリトロース-4-リン酸を生成します。その後、トランスアルドラーゼは、ジヒドロキシアセトンのシッフ塩基とグリセルアルデヒド3-リン酸の縮合を触媒し、酵素結合フルクトース6-リン酸を生成します。シッフ塩基の加水分解により、ペントースリン酸経路の生成物の一つである遊離フルクトース6-リン酸が放出されます。