エステラーゼ

狭義のエステラーゼは、低級脂肪酸エステルを加水分解するリパーゼを指す場合もある。さらに、プロテアーゼも、アミノ酸等のエステル加水分解反応を触媒する際にはエステラーゼ作用を示す。反応条件によっては反応が逆方向に進行することもあるが、生理学的には分解方向に進む。加えて、トランスフェラーゼ（転移酵素）と判別しにくい基転移反応も存在する。水分子の関与により、エステラーゼは加水分解を介してエステルを酸とアルコールに開裂する。これらの酵素は、特異的基質、タンパク質構造および機能に応じて、多様な生化学反応に関与する。

アセチルコリンエステラーゼ

アセチルコリンエステラーゼは、生体の神経伝達における重要酵素である。コリン作動性シナプス間において、本酵素はアセチルコリンを分解し、神経伝達物質によるシナプス後膜への興奮作用を終結させ、神経シグナルの生体内での正常な伝達を担保する。カルボキシペプチダーゼ活性およびアミノペプチダーゼ活性を有する。アセチルコリンエステラーゼは細胞の発生および成熟に関与し、ニューロンの発達および神経再生を促進し得る。アセチルコリンエステラーゼは高い活性を有し、AChの選択的加水分解に必須である。アセチルコリン（ACh）をコリンおよび酢酸に加水分解する。コリンエステラーゼのうちI型（すなわち真性コリンエステラーゼ）は、アセチルコリンを中心とする限られた範囲の基質のみを分解するため、基質特異性が高い。

図1．アセチルコリンエステラーゼのタンパク質構造。

ホスファターゼ

ホスファターゼは、対応する基質を脱リン酸化する酵素であり、すなわちリン酸モノエステルの加水分解により基質分子上のリン酸基を除去し、リン酸イオンおよび遊離ヒドロキシル基を生成する。ホスファターゼの作用は、ATP等のエネルギー分子を用いて対応する基質分子にリン酸基を付加するリン酸化酵素であるキナーゼとは逆である。多くの生物に一般的に存在するホスファターゼとして、アルカリホスファターゼが挙げられる。

図2．プロテインホスファターゼ。

アルカリホスファターゼ

アルカリホスファターゼは非特異的ホスホモノエステラーゼであり、ほぼすべてのリン酸モノエステルの加水分解を触媒して無機リン酸および対応するアルコール、フェノール、糖等を生成し、リン酸基の転移反応も触媒し得る。APは亜リン酸依存性脱水素酵素でもある。APは高等植物を除くほぼすべての生物に存在し、リン代謝に直接関与し、カルシウムおよびリンの消化、吸収、分泌ならびに骨化において重要な役割を果たす。

図3．アルカリホスファターゼ。

ホスホジエステラーゼ

ホスホジエステラーゼ（PDE）は、細胞内セカンドメッセンジャー（cAMP：環状アデノシン一リン酸、またはcGMP：環状グアノシン一リン酸）を加水分解し、細胞内cAMPまたはcGMPを分解することで、これらセカンドメッセンジャーの生化学的作用を終結させる機能を有する。cAMPおよびcGMPは細胞活動の調節において重要な役割を担う。その濃度調節は主として、アデニル酸シクラーゼによる合成とホスホジエステラーゼによる加水分解とのバランスにより規定される。PDEはヒト体内に広く分布し、その生理学的役割は複数の研究領域にまたがる。近年、新規治療標的としてPDEは多くの研究者から広範な注目を集め、新たな研究ホットスポットとなっている。選択的PDE4阻害薬およびPDE5阻害薬の臨床研究は特に注目されている。神経伝達物質、ホルモン、光および嗅覚のセカンドメッセンジャーとして、cAMPおよびcGMPは、キナーゼ、イオンチャネルおよび各種PDE等の標的臓器・標的分子で広く利用される。外来シグナルが膜を介して伝達され、一連の生理反応を惹起してヌクレオチドシクラーゼを活性化すると、cAMPおよびcGMPが産生され、PDEファミリーの役割は、これらを加水分解して5’一リン酸ヌクレオシド（AMP等）へ不活化することである。ヌクレオチドシクラーゼによる合成とPDEによる加水分解的不活化とのバランスが、セカンドメッセンジャーであるcAMPおよびcGMPの濃度を規定する。なお、cGMPはPDEにより加水分解されるだけでなく、一部のPDE活性を調節し得る点に留意すべきである。例えば、PDE2はcGMPにより刺激される一方、PDE3はcGMPにより阻害され、PDE4はcGMPに対して非感受性である。

図4．ホスホジエステラーゼ。

エキソヌクレアーゼ

エキソヌクレアーゼは、ポリヌクレオチド鎖の末端（外側）から作動ヌクレオチドを1つずつ切断する。加水分解反応が起こり、3’末端または5’末端のいずれかでホスホジエステル結合を切断する。近縁酵素としてエンドヌクレアーゼがあり、これはポリヌクレオチド鎖の内部（endo）でホスホジエステル結合を切断する。真核生物および原核生物には、mRNAの正常な代謝回転に関与する3種類のエキソヌクレアーゼが存在する：5’→3’エキソヌクレアーゼ（Xrn1）で、依存性シェルタンパク質である；3’→5’エキソヌクレアーゼDicerで、非依存性タンパク質である；およびポリ（A）特異的3’→5’エキソヌクレアーゼである。

参考文献