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します。さらに、プロテアーゼもアミノ酸などのエステル加水分解反応を触媒する際にエステラーゼ効果を持ちます。反応条件によっては反応が逆転することもありますが、生理的には分解の方向に進行します。また、トランスフェラーゼと区別しにくい群転移反応も存在します。水分子の参加により、エステラーゼはエステルを酸とアルコールに切断することができます。これらの酵素は、特定の基質、タンパク質構造、機能に応じてさまざまな生化学反応に関与しています。

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、生物の神経伝導における重要な酵素です。コリン作動性シナプス間で、この酵素はアセチルコリンを分解し、神経伝達物質の興奮効果を後シナプス膜で停止させ、神経信号の正常な伝達を確保します。カルボキシペプチダーゼおよびアミノペプチダーゼ活性を持ちます。アセチルコリンエステラーゼは細胞の発達と成熟に関与し、神経発達と神経再生を促進することができます。アセチルコリンエステラーゼは高い活性を持ち、選択的なアセチルコリンの加水分解に必要です。アセチルコリン（ACh）をコリンと酢酸に加水分解することができます。コリンエステラーゼのタイプI（すなわち真のコリンエステラーゼ）基質は、アセチルコリンを中心に狭い範囲の基質のみを分解するため、高い基質特異性を持っています。

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、対応する基質の脱リン酸化を行う酵素であり、すなわち基質分子上のリン酸基がリン酸モノエステルの加水分解によって除去され、リン酸イオンと遊離の水酸基が生成されます。ホスファターゼの役割は、ATPなどのエネルギー分子を使用して対応する基質分子にリン酸基を追加することができるリン酸化酵素であるキナーゼの役割とは逆です。多くの生物に一般的に見られるホスファターゼはアルカリホスファターゼです。

図2. タンパク質ホスファターゼ。

アルカリホスファターゼ

アルカリホスファターゼは、ほぼすべてのリン酸モノエステルの加水分解を触媒し、無機リン酸と対応するアルコール、フェノール、糖などを生成することができる非特異的リン酸モノエステラーゼであり、リン酸基の転移反応も触媒することができます。APはリン酸塩依存性水素化酵素でもあります。APは高等植物を除くほぼすべての生物に存在し、リンの代謝に直接関与し、カルシウムとリンの消化、吸収、分泌、骨化において重要な役割を果たします。

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、細胞内の二次メッセンジャー（cAMP、アデノシン環状リン酸またはcGMP、グアノシン環状リン酸）を加水分解し、細胞内のcAMPまたはcGMPを分解する機能を持ち、これによりこれらの二次メッセンジャーの生化学的効果を終了させます。cAMPとcGMPは細胞活動の調節において重要な役割を果たします。その濃度の調節は、主にアデニル酸シクラーゼの合成とホスホジエステラーゼの加水分解のバランスによって決まります。PDEは人体に広く分布しており、その生理的役割は複数の研究分野に関与しています。近年、新しい治療ターゲットとして、PDEは多くの学者から広範な注目を集め、新しい研究のホットスポットとなっています。選択的PDE 4およびPDE 5阻害剤の臨床研究は特に注目されています。神経伝達物質、ホルモン、光、匂いの二次メッセンジャーとして、cAMPとcGMPはキナーゼ、イオンチャネル、さまざまなPDEなどの標的器官で広く使用されています。外部信号が膜を越えて伝達され、一連の生理的反応を引き起こしてヌクレオチドシクラーゼを活性化すると、cAMPとcGMPが生成され、PDEファミリーの使命はそれを加水分解して5-リン酸モノヌクレオシド（モノリン酸ヌクレオシド5、AMP）に不活化することです。ヌクレオチドシクラーゼの合成とPDEの加水分解的不活化のバランスが、二次メッセンジャーcAMPとcGMPの濃度を決定します。注目すべきは、cGMPはPDEによって加水分解されるだけでなく、一部のPDEの活性を調節することもできるということです。例えば、PDE2はcGMPによって刺激されることができ、PDE3はcGMPによって抑制され、PDE4はcGMPに対して感受性がありません。

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端（外側）から1つずつ作業ヌクレオチドを切断します。加水分解反応が発生し、3'または5'末端でホスホジエステル結合が切断されます。近縁の酵素はエンドヌクレアーゼであり、ポリヌクレオチド鎖の中間（エンド）でホスホジエステル結合を切断します。真核生物と原核生物には、mRNAの正常な変換に関与する3種類のエキソヌクレアーゼがあります：5'から3'エキソヌクレアーゼ（Xrn1）、依存性シェルタンパク質；3'から5'エキソヌクレアーゼダイサー、独立したタンパク質；およびポリ（A）特異的3'から5'エキソヌクレアーゼ。

参考文献