ピルビン酸オキシダーゼ

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酵素学において、ピルビン酸オキシダーゼは化学反応を触媒する酵素である。本酵素の基質はピルビン酸、リン酸および O₂ の3種であり、生成物はアセチルリン酸、CO₂ および H₂O₂ の3種である。本酵素は酸化還元酵素（オキシドレダクターゼ）ファミリーに属し、特に酸素を受容体として用い、供与体のアルデヒド基またはオキソ基に作用する酵素群に分類される。本酵素クラスの系統名は、ピルビン酸：2-酸素オキシドレダクターゼ（リン酸化）である。その他の一般的名称として、ピルビン酸オキシダーゼおよびリン酸依存性ピルビン酸オキシダーゼがある。本酵素はピルビン酸代謝に関与する。補因子は2種で、FADおよびチアミン二リン酸である。

序論

ピルビン酸オキシダーゼは、大腸菌（Escherichia coli）から結晶形として単離され、高純度で得られている。ピルビン酸オキシダーゼは補欠分子族として、フラビンアデニンジヌクレオチドおよびチアミンピロリン酸の双方に結合する。分子量測定の結果、結晶性オキシダーゼは溶液中で四量体として存在することが示されている。フラビンアデニンジヌクレオチド含量に基づく本オキシダーゼの最小分子量は66,000である一方、平衡沈降法により測定された分子量は約265,000である。本論文では、結晶性オキシダーゼのスペクトル特性、アミノ酸組成、速度論定数、および一部の酵素活性について報告する。

研究

Proteus hemolyticus において、ピルビン酸、酸素およびFADの存在下でCoAのアセチル化を触媒し得る新規タイプのピルビン酸オキシダーゼが発見された。本酵素は、遠心分離、硫酸アンモニウム沈殿およびハイドロキシアパタイトクロマトグラフィーにより部分精製された。酵素活性は2つの部分から成ることが見出された。精製酵素により消費される酸素量と生成されるアセチルCoA量の比は1である。過剰量のカタラーゼ存在下では、酸素吸収速度は半分となる。したがって、想定される反応は以下のとおりである：ピルビン酸 + CoA + O2 = アセチルCoA + CO2 + H2O2。本新規酵素について、研究者らはピルビン酸オキシダーゼ（CoAアセチル化）という略称を提案した。

応用

ピルビン酸オキシダーゼは、マイクロプレートリーダー、半自動分析装置、二試薬式自動分析装置、および手動法におけるツール酵素として使用されてきた。ピルビン酸オキシダーゼは検体中の内因性ピルビン酸と反応して過酸化水素を生成し、過酸化水素はカタラーゼの作用により水と酸素を生成することで、検体中の内因性ピルビン酸を消費する。ヒ素が体内に侵入すると、この原形質毒はタンパク質のスルフヒドリル基に対して高い親和性を示す。特にピルビン酸オキシダーゼのスルフヒドリル基と結合して、ピルビン酸オキシダーゼ‐ヒ素複合体を形成し、酵素を不活化して細胞の正常な代謝に影響を及ぼし、細胞死を引き起こす。イノシンが関与する場合、体内において核酸代謝、エネルギー代謝およびタンパク質合成に関与する。イノシンは細胞膜を介して直接体内細胞へ取り込まれ、ピルビン酸オキシダーゼを活性化し、さらに補酵素Aの活性を高めることで、低エネルギー・低酸素状態にある細胞が代謝を円滑に継続できるようにし、肝細胞機能の回復を助け、体内の抗体産生を刺激し、腸管での鉄吸収を促進する。また、ヒトのエネルギー代謝およびタンパク質合成にも関与する。ミトコンドリア内膜およびクリステにより囲まれたミトコンドリアマトリックスの内腔には、多くのタンパク質および脂質が含まれる。脂肪酸の酸化およびクエン酸回路におけるピルビン酸の酸化を触媒する酵素もマトリックスに存在し、これはトリカルボン酸に有益である。