AST

アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ（EC 2.6.1.1; AspAT）は、アスパラギン酸と2-オキソグルタル酸の間で可逆的なトランスアミネーションを触媒し、オキサロ酢酸とグルタミン酸を生成するピリドキサール-5'-リン酸（PLP）依存性酵素です。AspATは植物、微生物、動物に広く存在し、細胞内の窒素および炭素代謝の過程で非常に重要な役割を果たします。また、尿素生成にも関与し、アスパラギン酸/マレートシャトルを介してミトコンドリアへの還元当量の移動にも関与しています。主に酸性アミノ酸とケト酸の間の可逆反応を担当しています。アミノ基のトランスアミネーションは、ピリドキサールリン酸とピリドキサミンリン酸の間の補酵素の変換によって達成されます。バイオテクノロジーの発展に伴い、ますます多くの研究者が分子シミュレーションやその他の方法を通じてその触媒メカニズムを構造レベルから研究し、酵素の修飾と合理的設計を導きました。

特徴

1984年、近藤. K et al. はE. coliにおけるAspATの完全なアミノ酸配列を報告し、鳥類および哺乳類との配列ホモロジーを分析しました。その結果、配列ホモロジーは40%であることが示されました。1987年、彼らはさらにE. coli AspATのアミノ酸配列を分析し、E. coli AspATは396のアミノ酸残基を持ち、分子量は4.35 kDaであると結論付けました。また、AspATは55.8%の非極性残基と44.2%の極性残基を含み、これは鶏と豚のミトコンドリアのアイソザイムに類似しています。配列のホモロジーに基づき、AspATはトランスアミナーゼクラスIに属します。AspATは配列ホモロジーに基づいて7つのサブクラスに分けることもできます。他のAspATのサブタイプや異なる基質特異性を持つ他のトランスアミナーゼと比較して、IαのAspATは広範かつ深く研究されています。

構造

初期段階では、AspATは固定点変異実験を通じてその構造を推測するために研究されました。1986年、スミスet al.はX線回折法を用いてその三次元構造を得ました。E. coli AspATは、2つの同一のサブユニットを持つホモログ二量体であり、それぞれは大きなドメインと小さなドメインに分けることができます。構造内の各部分の機能に基づいて、各サブユニットはN末端アーム（2つのサブユニット間の相互接続に使用され、安定した酵素の全体構造を形成）、大きなドメイン（補酵素の結合に使用）、および小さなドメイン（サブユニットの結合に使用）に分けることができます。酵素が基質に結合すると、小さなドメインは大きなドメインに向かって移動します。したがって、構造ドメイン間の界面構成は重要であり、これらの領域には一般的に高度に保存された配列があります。S. pomeroyiからの推定アミノトランスフェラーゼの構造を探索モデルとして使用することにより、AspATの結晶は2.50 A˚の解像度限界まで回折し（図1）、その三次元構造は分子置換法によって解決されました。自己回転関数の分析により、結晶の非対称単位内の4つの分子は222の分子対称性を持つようです。

図1. 単一のAspAT結晶から収集された1.0振動範囲の代表的な回折画像。
(Deepak Chandra Saroj, et al. 2014)

触媒メカニズム

アスパラギン酸の生合成は、結核菌の成長と生存に必要な重要な経路です。Mtbからのアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ（AspAT）の構造分析は、構造に基づく小分子阻害剤の設計のためのプラットフォームを提供するだけでなく、その触媒の詳細なメカニズムの解明にも役立ちます。生理的条件下では、AspATはケトグルタル酸とオキサロ酢酸をアミノ受容体として使用し、GluとAspをアミノ供与体として使用します。異なる方法で2種類の基質と相互作用することができます。反応過程で最も重要な補酵素はピリドキサール-5'-リン酸（PLP）であり、そのɛ-4炭素原子はリジンのアミノ基に共有結合し、酵素活性中心を形成します。

図2. アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼの反応メカニズム。

AspATは2つの同一のサブユニットを持ち、活性中心はサブユニットの界面に位置しています。活性中心の残基は異なるアイソザイムで高度に保存されています。各サブユニットには基質と補酵素との結合部位があります。主な原理は、基質の陽性アルギニンバンドと基質のカルボキシル基との間の相互作用です。AspATでは、カルボキシル基が末端カルボキシル基と相互作用します。AspATは、PIPを補酵素としてシュッフ基の形でリジン残基に共有結合していました。PLPとPMPの間の補酵素の変換を通じて、トランスアミネーションのプロセスが促進されました。

参考文献