IDH

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イソクエン酸デヒドロゲナーゼ（IDH）は、イソクエン酸の酸化的脱炭酸反応を触媒し、α-ケトグルタル酸（α-ケトグルタル酸）およびCO₂を生成する酵素である。本反応は2段階で進行し、まずイソクエン酸（第二級アルコール）が酸化されてオキサロコハク酸（ケトン）となり、続いてカルボキシル基が脱炭酸してケトンへ変換され、α-ケトグルタル酸が形成される。ヒトではIDHは3つのアイソフォームとして存在し、IDH3はクエン酸回路の第3段階を触媒すると同時に、ミトコンドリア内でNAD⁺をNADHへ還元する。IDH1およびIDH2は、クエン酸回路とは独立した経路で同一反応を触媒し、NAD⁺の代わりに補酵素としてNADP⁺を使用する。これらは細胞質に加え、ミトコンドリアおよびペルオキシソームにも局在する。

図1．イソクエン酸デヒドロゲナーゼ二量体のタンパク質構造。

臨床的意義

上昇：急性肝炎、慢性肝炎、肝硬変、肝癌、肝転移癌、胆石症、胆嚢炎、胆道閉塞、膵炎、右心不全、肺梗塞、新生児黄疸、溶血性疾患など。

低下：広範な肝細胞壊死。

ICD活性上昇の要因：溶血、Mn²⁺、Co²⁺、Mg²⁺、アミノサリチル酸、アムホテリシンB、アンドロゲン、麻酔薬、四塩化炭素、ケノデオキシコール酸、クロルプロマジン（クロルプロマジン）オキサジン）、エタノール、イソニアジド、メトトレキサート、ブタゾン。

ICD活性低下の要因：エチレンジアミン四酢酸（EDTA）、シュウ酸塩、塩化ナトリウム、重金属イオン、フッ化物、β-クロロメルクリ安息香酸、ヨード酢酸、Ba²⁺、Zn²⁺、CN -待つ。

構造

NAD依存性IDHは3つのサブユニットから構成され、アロステリック制御を受け、Mg²⁺またはMn²⁺イオンの結合を必要とする。既知の構造を有する最も近縁のホモログは大腸菌のNADP依存性IDHであるが、こちらは2サブユニットのみからなり、アミノ酸配列に基づく同一性は13%、類似性は29%にとどまるため、ヒトIDHとは相違が大きく、厳密な比較には適さない。既知のNADP-IDHはいずれもホモ二量体である。多くのイソクエン酸デヒドロゲナーゼは二量体、より具体的にはホモ二量体（同一のモノマーサブユニット2分子が1つの二量体ユニットを形成）である。C. glutamicumとE. coliを比較したところ、それぞれモノマーおよび二量体であるにもかかわらず、両酵素はいずれも「同一反応を効率的に触媒する」ことが示された。しかし、C. glutamicumはE. coliの10倍の活性を示し、NADPに対する親和性／特異性は7倍高いと記録された。C. glutamicumはNAD⁺よりもNADP⁺を優先した。

活性部位

Desulfotalea psychrophila（DpIDH）およびブタ（PcIDH）では、活性部位に3つの基質が結合している。

• イソクエン酸は、水素結合を介して約8残基からなる保存配列に結合し、活性部位内に保持される。これらの残基には（残基自体は異なる場合があるが性質は類似する）チロシン、セリン、アスパラギン、アルギニン、アルギニン、アルギニン、チロシン、リシンが含まれる。主鎖上の位置は異なるものの、いずれも近接した範囲内に存在する（例：Arg131 DpIDHとArg133 PcIDH、Tyr138 DpIDHとTyr140 PcIDH）。
• 金属イオン（Mg²⁺、Mn²⁺）は、3つの保存アミノ酸残基と水素結合を介して結合する。これらのアミノ酸は3つのアスパラギン酸残基からなる。
• NAD⁺およびNADP⁺は、IDH酵素間で性質が類似する4つの領域を介して活性部位内に結合する。

調節

クエン酸回路におけるIDH反応は、自由エネルギー変化が大きく負であるため、通常（ただし常にではない）不可逆反応である。したがって、イソクエン酸の枯渇（ひいてはα-ケトグルタル酸の蓄積）を回避するため、精緻な調節が必要となる。調節因子としては、基質の利用可能性（イソクエン酸、NAD⁺またはNADP⁺、Mg²⁺/Mn²⁺）、生成物阻害（クエン酸回路外におけるNADHまたはNADPH、およびα-ケトグルタル酸による）、ならびに競合的フィードバック阻害（ATP阻害という単純な機序により応答が促進される）が挙げられる。