乳アルデヒド脱水素酵素

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アルデヒド脱水素酵素（ALDH）は、NAD+またはNADP+依存性の酵素からなるスーパーファミリーであり、アルデヒドを対応するカルボン酸へ酸化する反応を触媒する。これらの酵素は古くから存在し、古細菌から真核生物に至るあらゆる生物系に広く分布しており、内因性および外因性アルデヒドの代謝に関与する。E. coliでは、基質特異性または配列相同性に基づき、これまでに17種のアルデヒド脱水素酵素が同定・分類されている。配列同一性33%を共有する2つのアイソザイムが、遺伝子aldAおよびaldBの産物として同定されている。

機能

乳アルデヒド脱水素酵素は亜鉛含有酵素である。本酵素分子は2つのサブユニットから構成され、一方は酵素の活性中心に位置し、他方は四次構造の安定化因子として機能する。血清中の乳アルデヒド脱水素酵素活性は、急性肝実質細胞障害の診断指標である。正常被験者、または二次性肝疾患を伴わない患者では、血清酵素活性は陰性である。これらはヒトにとって極めて重要であり、アルデヒド脱水素酵素は広範に利用される。

L-乳アルデヒド

L-乳アルデヒドは、これらの糖を炭素源として利用する細菌におけるL-フコースおよびL-ラムノース代謝の中間体として生成される。これら各糖は、透過酵素、異性化酵素、キナーゼ、アルドラーゼによる酵素触媒反応の類似した連続過程を経て代謝される。各経路の最終段階で生成される6-デオキシヘキソースであるL-フクルロースおよびL-ラムヌロース-1-リン酸は開裂され、同一の生成物であるジヒドロキシアセトンリン酸および乳アルデヒドを生じる。乳アルデヒドはその後、2段階の連続反応によりピルビン酸へ酸化される。

リガンド非結合型乳アルデヒド脱水素酵素の構造

単位格子の非対称単位には1つのモノマーが含まれ、空間群P6422に対応する対称操作により、4つのモノマーが222点群対称（D2対称）で関連付けられたアイソロガスなホモ四量体が形成される。四量体の四次構造は、ゲルろ過クロマトグラフィーおよび近年の超遠心分析の結果と整合する。各モノマーは、触媒ドメイン（G254～Q438残基）、補因子結合ドメイン（D21～K96、F442～E468、およびRossmannフォールドに属するG144～G253残基）、ならびにオリゴマー化ドメイン（Y122～A142およびY469～S479残基）から構成される。RossmannフォールドドメインはN末端領域の一部を構成し、活性部位の一方の壁を形成する。Weinerらが乳アルデヒド脱水素酵素の相同性モデルに基づいて予測したとおり、オリゴマー化ドメインに加え、広範な疎水性表面パッチがサブユニット界面を構成する。

作用機序

まず、乳アルデヒド脱水素酵素は補因子としてNAD+を用い、乳アルデヒドを乳酸へ酸化する。続いて乳酸脱水素酵素が乳酸の酸化を触媒してピルビン酸を生成し、生成したピルビン酸はピルビン酸脱水素酵素複合体により触媒される一連の反応を経て脱炭酸およびアセチルCoAへの変換を受け、クエン酸回路へ流入する。代替的に、嫌気条件下では乳アルデヒドはNADHおよびL-1,2-プロパンジオール酸化還元酵素により還元される。

乳アルデヒド脱水素酵素の精製

E. coli由来乳アルデヒド脱水素酵素の調製および精製は偶発的に得られた。太平洋イチイ由来タキサジエン合成酵素をE. coliで異種発現させ精製する過程において、乳アルデヒド脱水素酵素が約5%の副生成物として同定された。乳アルデヒド脱水素酵素は、Williamsらが報告した方法に従い、タキサジエン合成酵素と共発現・共精製された。