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CS

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公式フルネーム
CS
背景
酵素クエン酸シンターゼ（EC 2.3.3.1［旧：4.1.3.7］）は、ほぼすべての生細胞に存在し、クエン酸回路（またはクレブス回路）の初発段階における律速酵素として位置付けられる。クエン酸シンターゼは真核細胞ではミトコンドリア・マトリックスに局在するが、ミトコンドリアDNAではなく核DNAにコードされている。細胞質リボソームにより合成された後、ミトコンドリア・マトリックスへ輸送される。
同義語
CS；EC 4.1.3.7；EC 2.3.3.1；9027-96-7；クエン酸（Si）シンターゼ；（R）-クエン酸シンターゼ
カタログ 製品名 EC番号 CAS番号 ソース 価格
NATE-1059 E. coli由来のクエン酸合成酵素、組換え型 EC 2.3.3.1 9027-96-7 大腸菌 お問い合わせ
NATE-0166 ネイティブポーシンシトレートシンターゼ EC 4.1.3.7 9027-96-7 豚の心臓 お問い合わせ
NATE-0165 ネイティブピジョンシトレートシンターゼ EC 4.1.3.7 9027-96-7 鳩の胸筋 お問い合わせ
関連情報

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要旨

酵素触媒による縮合反応の立体化学的特性として、アセチルCoAのアセチル基が、メチル基の反転を伴ってオキサロ酢酸のケト部位のsi面に付加される。

CS

反応全体は、以下の3つの化学反応に区分できる。(a) アセチルCoAのチオエステル基のエノール化：アセチル部位からのγプロトン引き抜きによりエノラートアニオンを形成する。(b) エノラートアニオンがオキサロ酢酸のカルボキシル基と縮合してシトリル-チオエステルを形成する。(c) クエン酸チオエステルが加水分解され、クエン酸およびコエンザイムAを生成する。全反応のターンオーバー数は活性部位当たり約6000 mol s-1であり、pH 7.2における見かけの平衡定数は8380 L mol-1である。オキサロ酢酸が先に結合し、その結果アセチルCoAの結合定数は少なくとも20倍増加する。アセチルCoAが先に結合すると、オキサロ酢酸の結合速度は低下する。クエン酸シンターゼ（CS）は高い基質特異性を有し、生理学的基質がオキサロ酢酸およびアセチルCoAである場合にのみ縮合反応を起こす。リアーゼ反応（縮合反応の逆反応）では、シトルリン-CoAのシトルリン部分のみが開裂される。本酵素により加水分解され得るのは、シトリル-CoAまたはマリル-CoAのみである。ブタ心臓およびE. coli由来酵素の配列解析から、ブタ心臓酵素は437アミノ酸からなる同一サブユニット2個で構成され、分子量は48,969であることが知られている。各サブユニットは、オキサロ酢酸およびアセチルCoAの結合部位を含む活性部位を有し、これらの活性部位は互いに機能的に独立していると考えられる。    

分子構造

以下の酵素-リガンド複合体を含む3種の結晶形（空間群P 41212、C2およびP 43212）の構造が決定された。

オキサロ酢酸およびS-アセトニルCoAを含む結晶を除き、すべての結晶形における二量体分子は厳密な2回対称関係に従う。オキサロ酢酸結合結晶では、二量体が非対称単位であり、サブユニットは局所的な2回軸（ローカルダイアド）により関係付けられる。クエン酸シンターゼの構造は3種の結晶形間で大きく異なる。本分子は1つの「開」構造と2つの「閉」構造を有する。2つの閉構造は表面形状は類似しているが、内部側鎖のパッキングはやや異なる。

(a) Space-filling representation of the open form dimer of citrate synthase. (b) Space-filling representation of both closed forms of the dimer. The point of view is down the twofold axis 図1. (a) クエン酸シンターゼ開構造二量体の空間充填モデル表示。(b) 二量体の2つの閉構造の空間充填モデル表示。視点は2回軸方向（Wiegand, G.; Remington, S.J. 1986）

クエン酸／オキサロ酢酸結合部位

活性部位はサブユニットの2つのドメイン間のクレフトに存在する。酵素の閉構造では、クエン酸またはオキサロ酢酸、およびコエンザイムAの結合部位が観察される。C2結晶形では、クエン酸は大ドメインと小ドメインの間のクレフト深部に結合し、コエンザイムAの存在により溶媒から完全に遮蔽される。クエン酸分子は、3つのヒスチジン残基（His 174、His 238、His 320）および3つのアルギニン残基（Arg 329、Arg 401、ならびに他方サブユニット由来のArg 421）と水素結合または塩橋を形成する。活性部位は主として極性環境であるが、非極性相互作用もクエン酸シンターゼの極めて高い基質特異性の決定に寄与し、また構造変化のトリガーとして作用し得る。例えば、Phe 397はクエン酸分子と特異なエッジオン相互作用を形成する。活性部位はクエン酸と同様にオキサロ酢酸も収容可能である。ヘリックスKおよびLの軸は、結合したクエン酸に対して逆の極性で向いているため、それらの電場がクエン酸の結合および分極に寄与している可能性がある。

Stereo drawing of the citrate binding site in the monoclinic model 図2. 単斜晶モデルにおけるクエン酸結合部位のステレオ図（Wiegand, G.; Remington, S.J. 1986）

  1. citrate synthase from pig heart muscle with no ligands,
  2. citrate synthase from pig heart muscle with no ligands,
  3. pig heart citrate synthase with bound citrate and Coenzyme A,
  4. pig heart citrate synthase with bound oxaloacetate and S-acetonyl Coenzyme A,
  5. chicken heart muscle citrate synthase with bound citrate and Coenzyme A, and
  6. chicken heart citrate synthase with bound (3R, S)-3, 4 dicarboxy-3-hydroxybutyl-Coenzyme A (a citryl-Coenzyme A analog).
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