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ます。三カルボン酸回路において、クエン酸とイソクエン酸の間の変換を触媒する補酵素です。平衡条件下では、これら三つの物質の比率は91:3:6（アコニット酸酵素バランス）です。動物、植物、微生物に広く分布しており、特に肝臓、腎臓、筋肉、前立腺においてその含有量が高いです。かつてはフマラーゼと同じ酵素であると考えられていましたが、上記の反応には二つの異なる酵素が関与していると信じられており、現在では単一の酵素によって明確に触媒されることがわかっています。酵素活性はトランスアコニット酸およびフルオリネートクエン酸によって強く抑制されることがあります。この酵素の反応メカニズムは、鉄-クエン酸複合体を介した非常に特異的な三点結合にあり、酵素の活性部位への結合がより注目を集めています。

構造

ページの右端に示されているアコニターゼは、活性化されているか非活性化されているかによって、わずかに異なる二つの構造を持っています。非活性型では、その構造は四つのドメインに分かれています。N末端から数えると、これらのドメインのうち最初の三つだけが[3Fe-4S]クラスターとの密接な相互作用に関与していますが、活性部位はより大きなC末端ドメインを含む四つのドメインの残基から構成されています。Fe-SクラスターとSO42-アニオンも活性部位に位置しています。酵素を活性化すると、追加の鉄原子を獲得し、[4Fe-4S]クラスターを形成します。しかし、残りの酵素の構造はほとんど変わりません。二つの形態間の保存された原子は基本的に同じ位置にあり、0.1オングストロームの差があります。

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、アコニターゼには細胞質とミトコンドリアの少なくとも二つのアイソザイムがあります。しかし、Bellisらはカボチャの子葉で、アイソザイムⅠ（ACO Ⅰ）およびアイソザイムⅡ（ACO Ⅱ）に加えて、アイソザイムⅢ（ACO Ⅲ）も存在する可能性があることを発見しました。彼らはさらに研究を進め、シス-アコニット酸酵素、特にミトコンドリアアイソザイムが比較的不安定な酵素であり、分離および精製過程で容易に非活性化されることを発見しました。動物体との明らかな違いは、同じ植物材料から派生していることです。アコニターゼアイソザイムの細胞内分布は、等電点（pI）が似ているため、分離が容易ではありません。したがって、植物アコニターゼおよびそのアイソザイムの分離と精製は、動物体に比べて相対的に遅れています。関連研究もあります。さらに、シス-アコニット酸のいくつかの酵素特性も異なる植物材料によって異なります。

反応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に非常に敏感であり、これはその活性部位に存在する4Fe-4Sが酸化されやすいことに関連している可能性があります。例えば、ヒトのミトコンドリアアコニターゼは4Fe-4Sを含み、ROSに非常に敏感なレドックスセンサーとなりますが、O-2はそれを非活性化し、同時にミトコンドリア内のH2O2および自由Fe²⁺のレベルを増加させ、OHの生成を誘導します。逆境や老化の過程で生成される大量のROSは、シスコニターゼを不可逆的に非活性化する可能性があり、この非活性化はシスコニターゼの活性部位でのROSによるカルボキシル化反応に関連しており、金属イオンに依存し、部位特異的な酸化と密接に関連しています。

結論

これまでのところ、人々はアコニターゼの特性と機能について一定の理解を得ていますが、NO、ROSおよびその他の活性分子によるこの酵素の調節は、カボチャやタバコなどのいくつかの植物材料でのみ確認されています。