ミロシナーゼ

マイロシナーゼとグルコシノレートは異なる細胞に蓄えられています。病気や昆虫に攻撃されると、基質と酵素が出会い、グルコシノレートは防御のために毒性化合物に還元されます。植物のマスタード酵素防御システムの研究進展がレビューされており、遺伝子ファミリーの構造、遺伝子発現の調節、マイロシナーゼの細胞配置、植物外の他の生物のマイロシナーゼ、グルコシノレート/マイロシナーゼシステムの起源と進化、その可能な機能などが含まれています。マスタード植物の組織が損傷すると、グルコシノレートは直接マイロシナーゼと接触し、グルコシノレートをイソチオシアネート、ニトリルおよび他の毒性物質に加水分解して、草食動物によるさらなる損傷から自らを守ります。

図 1. マイロシナーゼのタンパク質構造。

構造

マイロシナーゼは二量体の形で存在し、各サブユニットは60-70 kDaです。マスタード葉から分離されたマイロシナーゼのX線分析（X線結晶構造解析）では、これらの二つのサブユニットが亜鉛原子によって結合しており、塩橋、ジスルフィド橋、水素結合、糖鎖付加の顕著さが酵素の安定性に寄与していると考えられています。特に植物の成長が不十分な場合、攻撃を受けて深刻な組織損傷を受けます。多くのβ-グルコシダーゼの特徴は、活性部位に触媒グルタミン酸残基を持つことですが、マイロシナーゼではそのうちの二つが単一のグルタミン残基に置き換えられています。アスコルビン酸はグルタミン酸残基の活性を置き換えることが示されています。

メカニズム

マイロシナーゼは化学反応を触媒します。

チオグルコシド + H2O 糖 + チオール

したがって、酵素の二つの基質はグルコシノレートとH2Oであり、二つの生成物は糖とチオールです。水の存在下で、マイロシナーゼはグルコシノレートからグルコース基を切り離します。その後、残りの分子は迅速にチオシアン酸、イソチオシアン酸またはニトリルに変換されます。これらは植物防御のための活性物質です。マイロシナーゼはグルコシノレートを加水分解して、pHや特定の補因子の存在などのさまざまな生理的条件に応じて多様な生成物を生成します。すべての既知の反応が同じ初期ステップを共有することが観察されています。まず、マイロシナーゼはβ-グルコシノレート結合を切断し、D-グルコースを放出します。生成されたアグリコンは自発的なローゼン様再配置を経て、硫酸を放出します。このメカニズムの最終ステップは、反応が発生する生理的条件によって最も影響を受けます。中性pHでは、主な生成物はイソチオシアン酸です。酸性条件（pH <3）下で、鉄イオンまたはエピチオスペシファー蛋白質の存在下では、ニトリルの形成がより有利です。

機能

マイロシナーゼとその天然基質であるグルコシノレートが植物防御応答の一部であることはよく知られています。植物が病原体、昆虫、または他の草食動物に攻撃されると、植物はマイロシナーゼを使用して、元々無害なグルコシノレートをイソチオシアン酸、チオシアン酸、ニトリルなどの毒性生成物に変換します。

植物の区画化

グルコシノレート-マイロシナーゼ防御システムは、植物内で独自の方法でパッケージ化されています。植物はグルコシノレートを区画化を通じて蓄積し、植物が攻撃されるときにのみ後者が放出されて活性化されます。マイロシナーゼは主にマイロシン細胞と呼ばれる特定の線維芽細胞の液胞内にマイロシン顆粒の形で蓄えられていますが、膜に結合しやすいタンパク質体や液胞、細胞質酵素の報告もあります。マスタードオイルグリコシドは隣接するが別々の「S細胞」に蓄えられています。植物が組織によって損傷を受けると、マイロシナーゼはグルコシノレートと接触し、迅速に効果的な抗菌形態に活性化します。これらの生成物の中で最も効果的なのはイソチオシアン酸であり、次いでチオシアン酸とニトリルです。

進化

マイロシナーゼ-グルコシノレート防御システムが進化したことが知られている植物には、白マスタード（Sinapis alba）、クレソン（Lepidium sativum）、マスタード（Wasabia japonica）、大根（Raphanus sativus）、およびいくつかのアブラナ科のメンバーが含まれます。これには、黄マスタード（Brassica juncea）、菜種（Brassica napus）、およびブロッコリー、カリフラワー、キャベツ、キャベツ、ケールなどの一般的な食用アブラナ科が含まれます。これらの野菜の多くの苦味は、組織の準備中やこれらの野菜の原材料が破壊されるときのグルコシノレートの加水分解に起因することが通常です。パパイヤの種子はこの防御方法を使用しますが、果肉自体は使用しません。

参考文献