ビリルビンオキシダーゼ

ビリルビンは線状テトラピロール誘導体の一種であり、人体における鉄ポルフィリン化合物の代謝物の一つです。ビリルビンの生成が過剰であるか、肝細胞によるビリルビンの取り込み、結合、排泄に異常があると、血中のビリルビン濃度が上昇し、結果として高ビリルビン血症を引き起こします。したがって、ビリルビンの臨床的測定は、肝胆道疾患、溶血およびその他の関連疾患の検出に重要です。ビリルビンオキシダーゼは、ビリルビンの酸化を触媒してビリベルジンを生成する一般的に使用されるツール酵素であり、これは血清ビリルビンおよび総ビリルビンレベルを測定するための臨床診断に使用されます。これは非特異的化学的方法よりも肝疾患を監視するのに敏感であり、血清ビリルビンの研究は黄疸の病理に関するより詳細な情報を提供します。

構造

ビリルビンオキシダーゼのホロ酵素は、タンパク質、二価銅イオンおよび炭水化物から構成されています。タンパク質は17のアミノ酸からなり、システインは含まれず、リジンとメチオニンのレベルは低く、アスパラギン酸、グルタミン酸およびアラニンのレベルは高いです。ビリルビンオキシダーゼの前駆体は572のアミノ酸残基から構成されており、534のアミノ酸と38のアミノ酸リーダーを含んでいます。リーダーのC末端にある19の疎水性アミノ酸は、既知のシグナルペプチドに似た性質を持ち、シグナルペプチドとしての役割も果たす可能性があります。スペクトル分析により、二価銅イオンがシステイン、メチオニンおよびヒスチジン残基に結合できることが示されました。ビリルビンオキシダーゼの遺伝子配列は5つのイントロンによって6つのエクソンに分かれています。すべてのイントロン境界は、GTおよびAGを持つ二本鎖ヌクレオチドでマークされています。プライマー延長分析により4つの転写開始点が見つかり、主要な転写開始点はATG開始コドンの93塩基上流にありました。

特性

ビリルビンオキシダーゼの等電点は約4.1です。酵素のミカエリス定数は異なる株によってわずかに異なります。通常、ビリルビンオキシダーゼの性質は37°CおよびpH5.0から9.7の範囲で安定しており、5°CおよびpH9.2から9.7の範囲で最も安定しています。ビリルビンオキシダーゼの最適反応温度は約40°Cで、最適反応pHは約8であり、酸性範囲では容易に溶解しません。報告されたビリルビンオキシダーゼの分子量は52kDaおよび68kDaであり、2つの分子量の違いは天然のビリルビンオキシダーゼオリゴ糖鎖の存在による可能性があります。Penicillium janthinellumにおけるビリルビンオキシダーゼの分子量は2000kDaであり、これは金属イオンが酵素タンパク質を架橋するためです。ビリルビンオキシダーゼは、アスコルビン酸およびシアン化カリウムを使用して二価銅イオンを除去すると、その活性を失います。アポ由来のビリルビンオキシダーゼは、コバルト、カドミウムおよび鉄イオンをそれぞれ添加すると、さまざまな程度で活性を回復します。これは、ビリルビンオキシダーゼの触媒性能が金属イオンと密接に関連していることを示しています。水銀イオンは酵素活性の増加を著しく促進することができ、これは水銀イオンと基質が結合してより適切な酵素触媒中間体を形成するためです。シアン化カリウム、ナトリウムアジ化物およびチオ尿素は反応を抑制することができます。ビリルビンオキシダーゼはテトラピロール含有化合物と特異的に反応し、いくつかのラッカーゼ基質も酸化することができます。

触媒メカニズム

ビリルビンオキシダーゼは、3種類の銅イオンを含む銅含有ポリフェノールオキシダーゼです。タイプIの銅イオンは基質から他の銅サイトへの電子の移動を媒介します。酸素分子は、1つのタイプII銅イオンと2つのタイプIII銅イオンを持つ三核中心に結合し、これらは2つの水分子に還元されます。したがって、その触媒プロセスは、分子酸素を電子受容体として利用する酸化反応です。電子吸収スペクトロスコピーおよび薄層クロマトグラフィーによって検出された特定の反応は次のとおりです：ビリルビン + 1/2 O₂ → ビリベルジン + H₂O。このプロセスは、ビリルビンオキシダーゼがビリルビンを触媒してビリルビンを生成し、そのビリルビンがさらに酸化されて無色の物質を形成することを示しています。研究により、ビリルビンオキシダーゼの触媒メカニズムは、タンパク質に結合した銅イオンに対する二次反応であることが示されています。ドナー構造はCuSS*N2（S = システイン、S* = メチオニン、N = ヒスチジン）型であり、これはセリュロプラスミンファミリーと同じです。ビリルビンオキシダーゼが黄疸血に対して反応する際、血中のビリルビン濃度はHPLCによって測定され、ビリルビンオキシダーゼが結合ビリルビンを酸化することがわかり、非結合ビリルビンも酸化できることがわかりました。ビリルビンオキシダーゼは、塩化ナトリウムなどの試薬の存在下で結合ビリルビンを選択的に酸化することができます。

臨床応用

さまざまな肝疾患はビリルビンの代謝異常を引き起こす可能性があります。ビリルビンの増加は黄疸の出現を引き起こします。したがって、ビリルビンの測定は肝機能の重要な指標です。ビリルビンオキシダーゼはビリルビンを触媒してビリルビンを生成することができます。血清中のビリルビンの含有量を測定するために、440 nmおよび450 nmでの吸光度の変化が検出されました。したがって、ビリルビンオキシダーゼは黄疸疾患の臨床診断に使用でき、新生児黄疸および高ビリルビン血症の治療に使用されることが期待されています。