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アセテートは自然界に非常に豊富な短鎖脂肪酸であり、真核生物と原核生物の多くの代謝過程で使用されます。原核細胞では、この短鎖脂肪酸をアセチルコエンザイムA（Ac-CoA）に変換するために、3つの異なる代謝経路が進化しました。これらの経路では、原核生物はアセテートを炭素とエネルギーとして利用できます。その中の1つの方法は、アセテートキナーゼ（AckA、EC 2.7.2.1）/ホスホトランスアセチラーゼ（Pta EC 2.3.1.8）酵素を使用して、アセテートをアセテート-リン酸（Ac-P）を介してAc-CoAに活性化することです。第2の経路はAc-CoA合成酵素（ADP形成）で構成され、第3の経路はAc-CoA合成酵素（AMP形成）で構成されています。アセチル-CoA合成酵素（ADP形成、EC 6.2.1.1.3）は、アセテート + ATP      ADP + Pi + Ac-CoAの可逆反応を触媒します。

図1. アセテートからac-CoAへの変換経路 (Starai, V. J.; Escalante-Semerena, J. C. 2004)

AMP形成アセチル-CoA合成酵素（Acs）酵素は自然界で保存されています。

AMP形成酵素は、アシル-AMP中間体を介して生成物の合成を触媒し、多くの同化過程に関与します。この酵素の重要性から、多くの酵素学者、分子生物学者、細胞生理学者、構造生物学者がこの酵素の詳細な研究を始めました。Acsのオルソログは、細菌、いくつかの好熱性および超好熱性古細菌、真核生物（菌類、植物、人間を含む）に見られます。バイオインフォマティクス研究は、すべてのAcsオルソログが同じ系統を持つことを示しています。Acsタンパク質全体には多くの保存された領域があり、サイズはおおよそ同じです（約70 kDa）。このサイズ保存の現象は、既存のAcsが2つの半反応を触媒するために必要な最小の構造である可能性を示しており、自然界にはより大きな酵素は必要ないことを示唆しています。

図2. S. enterica Acsの構造 (Starai, V. J.; Escalante-Semerena, J. C. 2004)

AMP形成アセチル-CoA合成酵素によるアセチル-CoAの合成

Acsは、Bi Uni Uni Biピンポンメカニズムを介してAc-CoAの合成を触媒します。酵素は最初にATPに結合し、その後アセテートに結合し、酵素結合アセチル-AMPの形成とピロリン酸の放出を引き起こします。CoAがAcsと結合した後、Ac-CoAが形成されます。反応は、Ac-CoAとAMPの順次放出で終了します。AcsがどのようにAc-CoAを合成するかについての理解はまだ不完全です。野生型および変異型Acsおよびさまざまな生物から分離された他のAMP形成酵素の動力学的および構造的分析を通じて、この酵素の役割が徐々に明らかになっています。

acs遺伝子発現の調節

グラム陰性細菌Escherichia coliにおけるacsの転写調節は最もよく理解されています。E. coliでは、acsの発現は中期指数成長期に引き起こされ、細胞が定常期に入ると最大に達し、培養年齢の増加とともに減少します。acsの転写は、上昇する環状AMP（cAMP）に応答してCrp（代謝抑制タンパク質）によって活性化されるため、グルコースによって抑制されます。この細菌では、acsはアセテート輸送体（actPによってコードされる）と未知の機能を持つ遺伝子yjcHを含む3遺伝子オペロンのプロモータ近傍遺伝子です。ActPの機能は、環境中のアセテート濃度が非常に低いときにのみ関連します。Crpによるacsの活性化は、CrpがacsP2上にハウスキーパーs⁷⁰-RNAポリメラーゼを集中させて高効率のオープンコンプレックスを生成する協調的なタイプIIIメカニズムを介して行われます。acs調節領域には、近位（CrpI、中心-69.5）および遠位（CrpII、中心-122.5）のCrp結合部位が含まれています。高親和性のCrpI部位はacsの発現に必要ですが、最適な発現を達成するには、2つの部位の協調的な活性化が必要です。acs調節領域には、Fis（反転刺激因子; FisI-III）およびIhf（統合宿主因子; IhfI-III）タンパク質の3つの結合部位も存在します。

Acs活性の翻訳後調節

Acsの翻訳後調節に関する研究は、最近数年でのみ進展を見せています。興味深いことに、Acs活性を制御する責任があるSir2（サーチュイン）依存性タンパク質アセチル化/脱アセチル化システム（SDPADS）は、真核生物の遺伝子発現の制御にも関与しています。代謝の観点から、SDPADSの最も重要な特徴は、補因子NAD⁺を消費することであり、その活性は細胞によって厳密に制御されなければなりません。Acsは、原核生物および真核生物においてSDPADSによって制御される最初の代謝酵素です。Acs活性（炭素代謝）とNAD⁺生合成（エネルギー生産）との間には関連があります。NAD⁺レベルが低すぎると、細胞に低エネルギーの電荷が送られ、エネルギー消費応答（Acs応答など）がダウンレギュレーションされる可能性があると推測されています。現在、アセチラーゼと脱アセチラーゼが基質とどのように相互作用するかについての理解は限られています。酵素は動力学的に良く特徴付けられており、2つの半反応を触媒する構造も知られているため、Acsはこれらの相互作用についてさらに学ぶための良いモデルシステムとして使用できます。