PEPC

関連する読書

紹介

ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（PEPC）は、細菌、藻類、維管束植物の一次代謝における重要な酵素であり、細胞質に存在すると考えられています。ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼは、HCO^3-およびMg²⁺の存在下でホスホエノールピルビン酸（PEP）の不可逆的なβ-カルボキシル化を触媒し、オキサロ酢酸（OAA）と無機リン酸（Pi）を生成します。PEPCは、維管束植物、藻類、シアノバクテリア、光合成細菌を含むすべての光合成生物に広く分布しており、非光合成細菌や原生動物にも存在します。維管束植物において、PEPCが触媒する反応は、C4光合成および風景酸代謝（CAM）における光合成CO₂同化の主要な定常段階です。ほとんどの非光合成組織および植物のC3葉において、PEPCの主な機能はバックコンプレメンテーションであり、さまざまな生合成経路および窒素同化のために抽出された中間体で三カルボン酸（TCA）回路を補完します。PEPCはまた、気孔細胞およびマメ科植物の根茎にリンゴ酸を供給します。この広範な役割に一致して、PEPCは小さな遺伝子ファミリーによってコードされ、さまざまな植物組織で発現しています。

構造

PEPCカルボキシラーゼは植物および一部の細菌に見られますが、真菌や動物（人間を含む）には存在しません。PEPカルボキシラーゼの結晶構造は、トウモロコシや大腸菌を含むさまざまな生物で決定されています。全体の酵素は、二量体の二量体として存在します：二つの同一のサブユニットがアルギニン（R438 - 正確な位置は遺伝的起源によって異なる場合があります）とグルタミン酸（E433）との間の塩橋を介して密接に相互作用し、二量体残基を形成します。この二量体は（より緩やかに）同じ種類の別の二量体と組み合わさって四サブユニット複合体を形成します。モノマーサブユニットは主にαヘリックス（65%）で構成されており、それぞれの質量は106 kDaです。酵素の活性部位は完全には特定されていません。保存されたアスパラギン酸（D564）およびグルタミン酸（E566）残基が含まれており、これらはカルボン酸官能基を介して二価金属補因子イオンに非共有結合で結合しています。

メカニズム

ほとんどのPEPCは代謝酵素であり、その活性はさまざまな代謝エフェクターによって調節されています。維管束植物におけるPEPCの活性は、N末端近くの保存されたセリン残基の可逆的なリン酸化によってさらに調節されます。PEPCのリン酸化は、そのフィードバック阻害剤であるリンゴ酸に対して感受性が低下し、活性化因子であるグルコース6-リン酸（Glu6P）に対して感受性が高くなり、結果として活性が向上します。PEPCのリン酸化は、専用のPEPCキナーゼによって触媒され、これも小さな遺伝子ファミリーによってコードされています。PEPC活性を高める治療、例えばC3植物の葉における窒素同化の強化やPi飢餓は、PEPCキナーゼ遺伝子の発現とPEPCのリン酸化を誘導します。これらのメカニズムはPEPCの活性を厳密に調節し、反応の不可逆的な性質のために植物にとって不可欠です。

機能

ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（PEPC）は、ホスホエノールピルビン酸と二酸化炭素の不可逆的な反応を触媒してオキサロ酢酸を形成する酵素です。これは植物や細菌に広く存在し、動物や糸状のミコバクテリアには欠如しています。植物の葉緑体や細菌の可溶性グレード沈殿物に存在します。E. coliの酵素は、約360,000のテトラマーの分子量を持ち、アセチルコエンザイムAによる活性化やアスパラギン酸による阻害など、多くの要因に影響される可能性があります。この酵素はメタメリック酵素であり、その主な機能は三カルボン酸回路にオキサロ酢酸を供給することであり、C4植物の光合成二酸化炭素固定反応（C4二カルボン酸回路）やSedumにおけるリンゴ酸形成にも関連しています。