リボキナーゼ

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序論

リボキナーゼ（RK）は、グルコキナーゼの一群であるホスホフルクトキナーゼB（PfkB）ファミリーに属する。本ファミリー（RKファミリーとも称される）の他のメンバーには、アデノシンキナーゼ（AK）、イノシン‐グアノシンキナーゼ、フルクトキナーゼ、および1-ホスホフルクトキナーゼが含まれる。PfkB/RKファミリーのメンバーは、3つの保存配列モチーフの存在によって同定され、このタンパク質ファミリーの酵素活性は一般に五価イオンの存在に依存することが知られている。保存されたNXXEモチーフは、五価イオン依存性と関連するPfkBタンパク質ファミリーに特有の特徴である。RKおよび他の複数のPfkBタンパク質ファミリーの構造は、多様な生物種において決定されている。AdKと他のPfkBタンパク質ファミリーとの間の配列相同性は低いものの、これらのタンパク質は構造レベルでは非常に類似している。

図1. リボキナーゼのホモ二量体。

RKファミリーの概要

RK遺伝子は原核生物および真核生物の双方に存在し、配列比較から、各種糖分子のヒドロキシメチル基をリン酸化する炭水化物キナーゼであるPfkBファミリーに属することが示されている。したがって、RKファミリーとも呼ばれるPfkBファミリー酵素は、ヘキソキナーゼファミリーおよびガラクトキナーゼファミリーと並び、グリコキナーゼの3つの非相同分岐の一つを構成する。当初、RKファミリーは進化的に関連する少数の酵素から成っていた。大腸菌および酵母由来のRKに加え、本グループの他のメンバーとして、フルクトキナーゼ、1-ホスホフルクトキナーゼ、6-ホスホフルクト-2-キナーゼ（PfkBまたはPFK2）、6-ホスホ-タッカライドキナーゼ、ならびにイノシチドキナーゼ（INGK）が含まれていた。その後、AKおよび2-デヒドロ-3-デオキシグルコースキナーゼを含む多くの酵素がRKファミリーに追加された。

RKの構造

RKの最初の三次元結晶構造は、1998年に大腸菌タンパク質について決定された。RKは溶液中でホモ二量体として存在し、各モノマーは2つの構造ドメインから構成される。より大きい構造ドメインは9本鎖のβシートから形成され、その両側を10本のαヘリックスが取り囲む。このα/β/αサンドイッチ構造は、基質であるリボースおよびATPの特異的結合の大部分を担う。より小さい構造ドメインは4本のβストランドからなり、活性部位のキャップとして機能する。このβシートの外表面は二量体相互作用の界面を形成し、二量体を構成する2つのβシートが互いに直交するようにパッキングされ、平坦なβバレルを形成する。各サブユニットの交差セグメントも、二量体パートナーの活性部位形成に寄与する。

図2. E. coliリボキナーゼサブユニットの構造。（Park J, et al. 2008）

RKの遺伝子構造

RK遺伝子はヒト細胞において特徴付けられている。ヒトRK遺伝子は第2染色体上に位置し、全長は約110 kbで、63～189ヌクレオチド長の8つのエクソンから構成される。興味深いことに、ヒトRKは、植物（シロイヌナズナ）および真菌（Saccharomyces cerevisiae）のホモログと比較して、原生動物（例：トリパノソーマおよびアメーバ）ならびに各種細菌由来のRK配列との同一性がより高い。真菌および植物は細菌よりも動物に近縁であるため、これらの結果は予想外であった。したがって、植物および真菌種のRKは、動物および原生動物種のRKとは独立に生じた可能性がある。また、生化学的に特徴付けられていない植物および真菌のRK配列は、別のグリコキナーゼに相当する可能性もある。

RKのリン酸または五価イオン依存性

RKのもう一つの重要な生化学的特性として、触媒活性がリン酸などの五価イオン（PVI）の存在にほぼ完全に依存する点が挙げられる。いずれの場合も、無機リン酸の添加により、酵素の最大反応速度が増加するとともに、基質であるアデノシンおよびリボースに対するKmが低下する。