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#転送 [[ポリケチド]] |
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'''ポリケチド合成酵素'''(Polyketide synthase:<span>PKS</span>)とは、ポリケチドを合成する多[[タンパク質ドメイン|ドメイン]]酵素または酵素複合体である。真正細菌や真菌、植物、少数の動物が持つ。ポリケチドの生合成経路は脂肪酸のそれと多くの点で類似する。<ref>{{Cite journal|last1=Khosla|first1=C.|year=1999|title=Tolerance and Specificity of Polyketide Synthases|journal=Annual Review of Biochemistry|volume=68|pages=219–253|doi=10.1146/annurev.biochem.68.1.219|pmid=10872449|pmc=|last2=Gokhale|first2=R. S.|last3=Jacobsen|first3=J. R.|last4=Cane|first4=D. E.}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Jenke-Kodama|first1=H.|year=2005|title=Evolutionary Implications of Bacterial Polyketide Synthases|journal=Molecular Biology and Evolution|volume=22|issue=10|pages=2027–2039|doi=10.1093/molbev/msi193|pmid=15958783|pmc=|last2=Sandmann|first2=A.|last3=Müller|first3=R.|last4=Dittmann|first4=E.}}</ref> |
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特定のポリケチド合成酵素の[[遺伝子]]は通常、細菌では一つのオペロン、真核生物では遺伝子集団に存在する。 |
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== 分類 == |
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ポリケチド合成酵素は3つの群に分類される。 |
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* I型 — 巨大で高度なモジュールタンパク質 |
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* II型 — 単機能タンパク質の重合 |
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* III型 — ACPドメインを利用しない |
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I型ポリケチド合成酵素はさらに下記のように細分化される。 |
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* 反復型ポリケチド合成酵素(Iterative PKS: IPKS)は、複数の[[ドメイン]]の繰り返しによる環状構造を持つ。 |
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* モジュール型ポリケチド合成酵素(Modular PKS)は繰り返し構造を持たず([[トランスアシルトランスフェラーゼ]]ドメインは例外)、異なるモジュールで構成されている。 |
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さらに、反復型ポリケチド合成酵素は下記のように細分化される。 |
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* 非還元型ポリケチド合成酵素(non-reducing PKS:NR-PKS) — ポリケチドを合成する。 |
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* 部分的還元型ポリケチド合成酵素(partially reducing PKS:PR-PKS) |
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* 全還元型ポリケチド合成酵素(fully reducing PKS:FR-PKS) — 脂肪酸誘導体を合成する。 |
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== モジュールとドメイン == |
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[[ファイル:Anthracycline_aglycone_biosyn1.png|サムネイル|537x537ピクセル|[[ドキソルビシン]]誘導体のє-[[ロドマイシノン]]の生合成経路。一番上の反応式がポリケチド合成酵素によるもの。]] |
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I型ポリケチド合成酵素の各[[モジュール]]はいくつかの[[ドメイン]]によって構成されており、お互いにスペーサ領域によって分離している。完全なポリケチド合成酵素のモジュールとドメインの構成は下記の通りである(上から下へ[[N末端]]から[[C末端]]へと進む)。 |
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* ''開始または積込みモジュール'': AT-ACP- |
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* ''伸長または拡大モジュール'': -KS-AT-[DH-ER-KR]-ACP- |
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* ''終止または放出モジュール'': -TE |
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ドメイン: |
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* AT: [[アシルトランスフェラーゼ|アシル基転移酵素]] |
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* ACP: [[補因子]](4'-リン酸[[パンテテイン]]と結合した[[セリン]])の[[チオール基]]を持つ[[アシル基運搬タンパク質]] |
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* KS: [[システイン]]側鎖のチオール基を持つ[[ケトン合成酵素]] |
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* KR: [[ケトン還元酵素]] |
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* DH: [[脱水酵素]] |
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* ER: [[エノイル還元酵素]] |
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* MT: [[メチルトランスフェラーゼ|メチル基転移酵素]]O- またはC- (αまたはβ) |
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* SH: [[チオール]] |
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* TE: チオエステル加水分解酵素 |
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ポリケチド鎖と反応開始基はその[[カルボン酸]]でチオエステル連結鎖を介してACPおよびKSドメインのチオール基と結合する(R-[[炭素|C]](=[[酸素|O]])[[酸素|O]][[水素|H]] + [[水素|H]][[硫黄|S]]-タンパク質 <=> R-[[炭素|C]](=[[酸素|O]])[[硫黄|S]]-タンパク質 + [[水|H<sub>2</sub>O]])。 |
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== 酵素反応の段階 == |
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ポリケチドの合成は、生成物の伸長を伴う[[重合反応]]である。反応の開始は一つのチオール基からであり、次にアシル基転移反応が起こる。反応の終了と生成物の放出は加水分解か環化(加アルコール分解またはアミノ分解)による。 |
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開始段階: |
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* 反応開始剤は通常、アセチルCoAかマロニルCoAであり、開始モジュールのATドメインの触媒により同モジュールのACPドメイン上に結合する。 |
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伸長段階: |
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* 開始段階が終わると、ポリケチド鎖は開始モジュールのACPドメインから、次のモジュールのKSドメインの触媒によりこのKSドメインへと移動させられる。 |
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* 伸長段階の基質は通常、[[マロニルCoA]]か[[メチルマロニルCoA]]であり、ATドメインの触媒によりKSドメインからACPドメインへと結合する。 |
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* ACPと結合した基質は[[二酸化炭素]]の存在下で、KSと結合したポリケチドと[[クライゼン縮合]]する。この縮合でポリケチド鎖は基質のケトン部分を付加され、伸長する。残りのCoA部分はKSドメインとACP結合ポリケチド鎖から離れ、ポリケチド合成系から離脱する。縮合反応の現場はポリケチド鎖のKS<sub>n</sub>-結合末端であり、ポリケチド鎖は場所を一つずらして移動する。新しく合成されたポリケチド鎖末端は次の伸長基質との結合部分となる。 |
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* 必要に応じて追加のドメインが働き、ポリケチド鎖の断片を変化させる。KRドメインはβ-ケト基をβ-ヒドロキシル基に還元し、DHドメインは断片をH<sub>2</sub>Oと反応させてα-β-不飽和[[アルケン]]にし、ERドメインはα-β-二重結合を単結合に還元する。これらの修飾ドメインが実際に作用するのは伸長部分ではなく、その直前に伸長部分だった部分(直前の伸長反応の現場となったモジュールと結合していたときの伸長基質)に効果がある。修飾ドメインを持つモジュールはそのACPドメインに伸長基質を結合させない。 |
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* 以上の工程は各伸長モジュールで繰り返される。 |
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終止段階 |
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* TE(チオエステラーゼ)ドメインはACPドメインから完全なポリケチド鎖を加水分解する。 |
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== 薬理学 == |
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ポリケチド合成酵素は、化学療法に用いられる天然低分子を合成することができる<ref>{{Cite journal|last1=Koehn|first1=F. E.|year=2005|title=The evolving role of natural products in drug discovery|journal=Nature Reviews Drug Discovery|volume=4|issue=3|pages=206–220|doi=10.1038/nrd1657|pmid=15729362|pmc=|last2=Carter|first2=G. T.}}</ref> 。例えば、[[テトラサイクリン]]や[[マクロライド]]といった多くの一般的な[[抗生物質]]である。重要なポリケチドは他に[[シロリムス]]([[免疫抑制剤]])、[[エリスロマイシン]](抗生物質)、[[ロバスタチン]](抗コレステロール薬)、[[エポチロン]]B(抗がん剤)がある。<ref>{{Cite journal|last1=Wawrik|first1=B.|year=2005|title=Identification of Unique Type II Polyketide Synthase Genes in Soil|journal=Applied and Environmental Microbiology|volume=71|issue=5|pages=2232–2238|doi=10.1128/AEM.71.5.2232-2238.2005|pmid=15870305|pmc=1087561|last2=Kerkhof|first2=L.|last3=Zylstra|first3=G. J.|last4=Kukor|first4=J. J.}}</ref> |
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== 重要性 == |
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ポリケチド合成酵素の産物には抗生物質や抗真菌物質、抗腫瘍物質、捕食者に対する防御物質などが含まれる。細菌や真菌、植物では未発見のポリケチド合成経路が多いとみられている<ref>{{Cite journal|last1=Castoe|first1=T. A.|year=2007|title=A novel group of type I polyketide synthases (PKS) in animals and the complex phylogenomics of PKSs|journal=Gene|volume=392|issue=1–2|pages=47–58|doi=10.1016/j.gene.2006.11.005|pmid=17207587|pmc=|last2=Stephens|first2=T.|last3=Noonan|first3=B. P.|last4=Calestani|first4=C.}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Ridley|first1=C. P.|year=2008|title=Chemical Ecology Special Feature: Evolution of polyketide synthases in bacteria|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=105|issue=12|pages=4595–4600|doi=10.1073/pnas.0710107105|pmid=18250311|pmc=2290765|last2=Lee|first2=H. Y.|last3=Khosla|first3=C.}}</ref> 。未知のポリケチドの多くは細菌に存在することは示唆されている。<ref>{{Cite journal|last1=Metsä-Ketelä|first1=M.|year=1999|title=An efficient approach for screening minimal PKS genes from Streptomyces|journal=FEMS microbiology letters|volume=180|issue=1|pages=1–6|doi=10.1016/S0378-1097(99)00453-X|pmid=10547437|last2=Salo|first2=V.|last3=Halo|first3=L.|last4=Hautala|first4=A.|last5=Hakala|first5=J.|last6=Mäntsälä|first6=P.|last7=Ylihonko|first7=K.}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Wawrik|first1=B.|year=2007|title=Biogeography of Actinomycete Communities and Type II Polyketide Synthase Genes in Soils Collected in New Jersey and Central Asia|journal=Applied and Environmental Microbiology|volume=73|issue=9|pages=2982–2989|doi=10.1128/AEM.02611-06|pmid=17337547|pmc=1892886|last2=Kutliev|first2=D.|last3=Abdivasievna|first3=U. A.|last4=Kukor|first4=J. J.|last5=Zylstra|first5=G. J.|last6=Kerkhof|first6=L.}}</ref> |
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== 脚注 == |
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{{reflist}} |
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== 外部リンク == |
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* {{MeSH name|Polyketide+synthases}} |
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[[Category:EC 6.4]] |
[[Category:EC 6.4]] |
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{{DEFAULTSORT:ほりけちどごうせいこうそ}} |
2021年9月8日 (水) 08:26時点における最新版
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