2つの構造的に異なる酵素における類似の機能の収束進化

科学分野:

• 酵素学 酵素学とは
• 構造生物学 構造生物学とは
• バイオケミストリー バイオケミストリー

背景:

• チオレドキシン還元酵素とグルタチオン還元酵素は二重酵素で,ピリジンヌクレオチド,フラビン,および酵素ディスルファイド経由でディスルファイド還元を触媒する.
• ヒトのグルタチオン還元酵素は,FADとNADPH結合ドメイン,中央ドメイン,および二分化と活性サイト形成に不可欠なC端末ドメインを含む4つの異なる構造ドメインを有しています.
• 触媒機構と全体的な三次構造を共有しているにもかかわらず,これらの酵素は活性部位の構成において有意な違いを示しています.

研究 の 目的:

• Escherichia coliのチオレドキシン還元酵素とヒトのグルタチオン還元酵素の活性部位の差異の構造的根拠を解明する.
• E. coliのチオレドキシン還元酵素とヒトのグルタチオン還元酵素の四次構造とドメイン組織を比較する.

主な方法:

• 2アングストロム解像度でE. coliチオレドキシン還元酵素の結晶構造の決定.
• E. coliのチオレドキシン還元酵素とヒトのグルタチオン還元酵素の比較構造分析.

主要な成果:

• 結晶構造は,E. coliのチオレドキシン還元酵素が,ヒトのグルタチオン還元酵素に存在するC端末ドメインを欠いていることを明らかにします.
• E. coliのチオレドキシン還元酵素は,ヒトのグルタチオン還元酵素と比較して独特の二次元構造を形成します.
• 触媒的に不可欠な二硫化基は,異なる領域にあり,2つの酵素におけるフラビン環システムの反対側に位置しています.

結論:

• 構造的な違い,特にドメインの組成と活性部位の配置は,E. coliのチオレドキシン還元酵素とヒトのグルタチオン還元酵素が,二硫化物還元のための明確なメカニズムを進化させたことを示しています.
• これらの発見は,これらの酵素が祖先の核酸結合タンパク質から逸脱し,それぞれ独立してディスルファイド還元酵素の機能を獲得したという仮説を裏付けている.