PAL

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フェニルアラニンアンモニアリアーゼ（PAL）は、L-フェニルアラニンからアンモニアを直接除去してトランス-シンナミン酸を生成する反応を触媒する酵素です。大麦に見られます。高等植物、酵母、真菌の可溶部分に存在します。推定分子量は300,000です。これは、フェニルアラニンをフェノール化合物の合成に利用できる酵素です。多くの場合、この反応はフェノール化合物の合成における段階的な速度段階となります。組織内の活性は外部要因によって大きく変化する可能性があり、光、病気、植物ホルモンによる処理は活性を大幅に増加させます。さらに、時には光感受性色素に支配されることもあります。ほとんどの場合、組織内の活性が増加する間に酵素の不活性化が発生します。この時、組織内の活性酵素の量はすぐに減少します。この不活性化は、タンパク質様物質の作用に関連していると考えられています。さらに、不活性酵素の存在も指摘されています。

図1. PALのタンパク質構造。

構造

フェニルアラニンアンモニアリアーゼは、主にα-ヘリックスで構成された4つの同一のサブユニットからなり、モノマーのペアが単一の活性部位を形成します。PALにおける触媒効果は、活性部位に関連する7つの異なるα-ヘリックスの双極子モーメントによって決定される可能性があります。活性部位には、3つのヘリックスに非共有結合で結合した電気親和性基MIOが含まれています。Leu266、Asn270、Val269、Leu215、Lys486、Ile472は活性部位のヘリックス上に位置し、Phe413、Glu496、Gln500はMIO補因子の安定性に寄与します。活性部位のヘリックスによって生成される双極子モーメントの方向は、MIOと理想的に反応するための正の電荷を持つ領域を作り出します。活性部位の正の領域の一部は、カルバニオン中間体の電荷を安定化するのにも役立つ可能性があります。PALは、機械的に関連するヒスチジンアンモニアリアーゼと構造的に類似していますが、PALは約215の残基も持っています。

機能

フェニルアラニンアンモニアリアーゼは、異なる種で異なる機能を果たすことができます。主に特定の植物や真菌（すなわち酵母）に見られます。真菌や酵母細胞では、PALは重要な異化作用を果たし、炭素と窒素を生成します。植物では、PALは重要な生合成酵素であり、さまざまなポリフェニレン化合物の合成における最初のステップを触媒し、主に防御機構に関与します。PALは、チロシン代謝、フェニルアラニン代謝、窒素代謝、フェニルプロパン生合成、アルカロイド生合成の5つの代謝経路に関与しています。

メカニズム

フェニルアラニンアンモニアリアーゼは、L-フェニルアラニンに特異的であり、L-チロシンに対してはそれほど特異的ではありません。PALによって触媒される反応は、自発的な脱離反応であり、酸化的脱アミノ反応ではありません。

L-フェニルアラニン→トランス-シンナミン酸 + NH₃

補因子3,5-ジヒドロ-5-メチルジエン-4H-イミダゾール-4-オン（MIO）は反応に関与し、活性部位の3つの極性ヘリックスの正の極の上に位置し、その電気親和性を高めるのに役立ちます。MIOはL-フェニルアラニンの芳香環によって攻撃され、β炭素上のC-H結合が活性化され、塩基性残基が脱プロトン化されます。E1cBは反応のカルバニオン中間体を排除し（活性部位の部分的な正の領域によって安定化され）、その後アンモニアを放出してシンナミン酸オレフィンを形成します。PALの反応メカニズムは、関連する酵素であるヒスチジンアンモニアリアーゼのそれに類似していると考えられています。長い間、脱水アラニン残基はPALおよびHALにおける重要な電気親和性触媒残基と見なされていましたが、後に活性残基が発見されました。それはMIOであり、より電気親和性があります。これは、保存されたAla-Ser-Glyトリペプチド断片の環化と脱水によって形成されます。