アコニターゼ

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アコニターゼはアコニット酸ヒドラターゼとも呼ばれる。トリカルボン酸回路（TCA回路）において、クエン酸とイソクエン酸の相互変換を触媒する酵素である。平衡条件下では、3物質の比は91:3:6（アコニット酸平衡）となる。動物、植物および微生物に広く分布し、特に肝臓、腎臓、筋肉、前立腺で含量が高い。かつてはフマラーゼと同一酵素と考えられていたが、上記反応が2種類の異なる酵素により進行するとの見解もあった。しかし現在では、単一の酵素により明確に触媒されることが示されている。酵素活性はトランスアコニット酸およびフッ素化クエン酸により強く阻害され得る。本酵素の反応機構は、鉄‐クエン酸複合体を介した高度に特異的な三点結合に基づくものであり、酵素活性部位への結合様式が注目されている。

構造

ページ右端に示すアコニターゼは、活性化状態か不活性化状態かにより、わずかに異なる2種類の構造をとる。不活性型では、構造は4つのドメインに分かれる。N末端から数えると、これらのうち最初の3ドメインのみが[3Fe-4S]クラスターと密接に相互作用するが、活性部位は、より大きいC末端ドメインを含む4ドメインすべてに由来する残基により構成される。活性部位にはFe-SクラスターおよびSO4^2−アニオンも存在する。酵素を活性化すると、追加の鉄原子を獲得して[4Fe-4S]クラスターを形成する。しかし、残りの酵素構造はほとんど変化しない。両形態間で保存される原子は基本的に同一位置にあり、その差は0.1オングストロームである。

図1．アコニターゼファミリー。

生化学的特性

動物と同様に、アコニターゼには少なくとも細胞質およびミトコンドリアの2種類のアイソザイムが存在する。しかしBellisらは、カボチャ子葉において、アイソザイムⅠ（ACOⅠ）およびアイソザイムⅡ（ACOⅡ）に加え、アイソザイムⅢ（ACOⅢ）も存在する可能性を見出した。さらに検討した結果、シス‐アコニット酸酵素、特にミトコンドリア型アイソザイムは比較的不安定であり、分離・精製工程中に容易に失活する酵素であることが示された。動物と明確に異なる点は、これらが同一の植物材料に由来することである。アコニターゼのアイソザイムは等電点（pI）が類似しているため、細胞内局在に基づく分画が容易ではない。そのため、植物由来アコニターゼおよびそのアイソザイムの分離・精製は、動物に比べて相対的に遅れている。加えて、植物材料の違いにより、シス‐アコニット酸の酵素学的特性の一部も異なる。

活性酸素種に対する感受性

動物およびヒトのアコニターゼはROSに対して非常に感受性が高く、これは活性部位に酸化されやすい4Fe-4Sが存在することと関連している可能性がある。例えば、ヒトのミトコンドリア型アコニターゼは4Fe-4Sを含み、ROSに極めて感受性の高いレドックスセンサーとなる一方で、O2−により失活し、同時にミトコンドリア内のH2O2および遊離Fe²⁺濃度を上昇させ、OHの生成を誘導する。逆境応答および老化過程で大量に産生されるROSは、シスアコニターゼを不可逆的に失活させ得る。この失活は、ROSによりシスアコニターゼ活性部位で引き起こされるカルボキシル化反応に関連し、金属イオン依存性であり、部位特異的酸化と密接に関係している。

結論

これまでに、アコニターゼの特性および機能について一定の理解は得られているものの、NO、ROSなどの活性分子による本酵素の制御は、カボチャやタバコなど限られた植物材料でのみ確認されている。