シトクロムc還元酵素

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概要

シトクロムc還元酵素（CoQ）は、生体内に広く存在する脂溶性キノン化合物であり、由来により側鎖のイソプレン単位数が異なる。ヒトおよび哺乳類ではイソプレン単位が10個であることから、コエンザイムQ10（Coenzyme Q10）と呼ばれる。CoQは、生体内の呼吸鎖におけるプロトン移動および電子伝達に重要な役割を担い、細胞呼吸および細胞代謝の活性化因子であるとともに、重要な抗酸化作用および非特異的免疫賦活作用を有する。

構造

電子伝達系の主要なプロトンポンプ複合体と比較すると、構成サブユニット数は少なく、ポリペプチド鎖は3本のみである。ただし、高等動物では11サブユニットが確認されており、サブユニット数は増加する。3つのサブユニットには補因子が存在する。シトクロムbサブユニットはb型ヘム（bLおよびbH）を2分子、シトクロムcサブユニットはc型ヘム（c1）を1分子、Rieske鉄硫黄タンパク質サブユニット（ISP）は2Fe-2S鉄硫黄クラスターを有する。

図1．シトクロムc還元酵素の構造。

分布

CoQは自然界に広く分布し、主として動物の心臓、肝臓、腎臓の細胞に存在するほか、酵母、植物の葉および種子にも含まれる。CoQは、ATP合成に関与する呼吸鎖構成成分としての役割に加え、抗酸化作用、心血管保護作用、抗炎症作用を有する。

CoQは呼吸鎖における電子キャリアである

CoQはミトコンドリアに広く存在し、細胞呼吸鎖の構成成分として水素および電子の移動に関与する。呼吸鎖において、複合体I（NADH：コエンザイムQ酸化還元酵素複合体）はNADHから2電子を受け取り、鉄硫黄タンパク質を介してCoQへ受け渡す。複合体II（コハク酸脱水素酵素）はコハク酸から電子を受け取り、CoQへ伝達する。CoQはこれら2つの複合体から受け取った電子を複合体III（CoQ：シトクロムc酸化還元酵素複合体）へ渡し、最終的に酸素へ伝達される。FMNから鉄硫黄クラスターを介してコエンザイムQへ電子が移動することで、プロトンチャネルのコンフォメーション変化が誘導され、最終的にプロトン移送が生じる。CoQは細胞の好気呼吸過程に関与し、ATP産生と密接に関連する。ヒト体内のエネルギーの大部分は呼吸鎖を介して産生されるため、コエンザイムQの欠乏はエネルギー供給障害を引き起こす。したがって、心臓や腎臓など高いエネルギー需要を有する臓器は、コエンザイムQ欠乏の影響を受けやすい。

図2．CoQは呼吸鎖における電子キャリアである。

酸化還元状態

CoQには3つの酸化還元状態がある。すなわち、酸化型のユビキノン、還元型のユビキノール、および中間状態のセミキノンラジカルである。このため、CoQは2電子を担持可能な酸化還元キャリアとして機能する。呼吸鎖において、CoQは唯一の非タンパク質性酸化還元キャリアである。分子量が小さく脂溶性であることから膜内を迅速に移動でき、これらの特性により電子伝達系の中心的役割を担い、水素および電子を受容して下流へ伝達する。

用途

ウイルス性心筋炎、慢性心不全等の心血管系疾患。

ウイルス性肝炎、亜急性肝壊死、慢性活動性肝炎等の肝疾患。

がんの集学的治療において、CoQは放射線療法、化学療法等により生じる一部の有害反応を軽減し得る。