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酵母（上）と細菌（下）由来のクエン酸サイクル酵素
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砂糖はおいしい。 グルコースは酸素を呼吸する生物が使う中心的な燃料なので、これは当然といえば当然なのですが。 糖は解糖およびクエン酸サイクルの中心的な異化経路で分解され、最終的にATPを構築するために使用されます。 これらの経路の酵素は、グルコース分子を構成要素に体系的に分解し、各ステップで分解エネルギーを回収する。 イソクエン酸デヒドロゲナーゼは、クエン酸サイクルの3番目の反応を行い、炭素原子の1つを二酸化炭素として放出する。 その際、2つの水素も除去される。 そのうちの1つはヒドリドの形で、キャリアーであるNAD（またはNADP）に移され、後にATP合成酵素の回転動力として使われることになる。
リン酸化による制御
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細菌のイソクエン酸デヒドロゲナーゼは、私たちのミトコンドリアの酵素のようにATPとADPのレベルで制御されていませんが、それでも十分なATPがあるときに酵素をオフにすることができるようにする必要があります。 細菌は、タンパク質鎖にリン酸を付加することでイソクエン酸デヒドロゲナーゼを制御し、反応をブロックしているのである。 イソクエン酸デヒドロゲナーゼキナーゼ/ホスファターゼ（PDBエントリー3lcb、オレンジ色で表示）は、リン酸を付加して酵素を停止させ、除去して酵素を活性化するという両方の反応を実行する。 細胞内のAMP濃度に基づき、どちらの反応が適切かを決定する。AMP濃度が高い場合は、AMPが制御部位に結合してリン酸除去機構を活性化し、そうでない場合はリン酸付加キナーゼとして活性化する。
構造を探る
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結晶学者たちは、イソクエン酸脱水素酵素が行う反応の多くのステップを調べました。 最初の構造は、イソクエン酸とマグネシウム(8icd )、NADP (9icd )、α-ケトグルタル酸(1ika )、さらにアポ酵素(3icd )、不活性リン酸化酵素 (4icd )と酵素のそれぞれの基質と生成物の複合体を調べたものだった。 変異型酵素への基質の添加を注意深く同期させ、ラウエ回折法を用いてミリ秒単位で結晶学的データを収集することにより、反応中の不安定な中間体を観察することが可能になった。 例えば、Y160F変異体では反応の第1段階（1ide）が遅くなるため、イソクエン酸、NADPおよびマグネシウムが結合した複合体が、反応する前に捕捉される様子が構造上に示されている。 K230M変異体は第二段階を遅らせ、二酸化炭素を失う前の中間体オキサロスクシネートの構造を明らかにします（1idc ）。
Topics for Further Discussion
- クエン酸サイクルのほとんどの酵素について構造が公開されています。
- イソクエン酸デヒドロゲナーゼはイソクエン酸の2つの立体異性体を区別することができます。 これはイソクエン酸を取り囲み、それぞれの官能基と特異的な相互作用を形成することによって行われます。 この相互作用に重要なタンパク質のアミノ酸を見つけることができるか？ 金属イオンはどのような役割を担っていますか？ 活性部位は2つのサブユニットの間に形成されているので、この相互作用を見るときは、必ず生物学的単位を使用してください。
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- J. Zheng and Z. Jia (2010) Structure of the bifunctional isocitrate dehydrogenase kinase/phosphatase. Nature 465, 961-965.
- A. B. Taylor, G. Hu, P. J. Hart and L. McAlister-Henn (2008) 酵母NAD+特異的イソクエン酸デヒドロゲナーゼの構造におけるアロステリックモーション. Journal of Biological Chemistry 283, 10872-10880.
- J. また、このような実験では、酵素がどのように作用しているのか、また、どのように作用しているのかを知ることができます。 また、このような酵素は、その活性を低下させることなく、酵素の活性を維持することができる。 Biochemistry 30, 8671-8678.
September 2010, David Goodsell
doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2010_9
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