生化学：1,3-双極子付加環化反応を介するα,β-不飽和酸の脱炭酸を助ける新規補因子

細菌のubiDとubiX遺伝子や、これらと相同な菌類のfdc1とpad1遺伝子は、芳香族基質の可逆的な非酸化的脱炭酸に関わっており、それぞれ細菌ユビキノン（別名は補酵素Q）の生合成、あるいは芳香族化合物の微生物による生分解に極めて重要な役割を果たしている。個々の遺伝子産物の生化学研究は行われているが、in vivoで脱炭酸反応を行う酵素の構成や補因子の必要性などは不明である。今回我々は、Fdc1が単独で可逆的脱炭酸酵素活性を担うこと、またFdc1が同じ生合成反応に関わるUbiX/Pad1によって合成されたプレニル化フラビンを新規な種類の補因子として必要とすることを明らかにする。原子レベルの分解能の結晶構造から、酸化された補因子に2種類の異なった異性体、すなわちイソアロキサジンN5-イミニウム付加物と、環構造が顕著に変化したN5第二級ケチミンが存在することが分かった。これらはどちらもアゾメチンイリドの特徴を備えている。基質の結合により、親双極子のエン酸基がアゾメチンイリド基の直上に位置を占める。阻害剤と補因子の共有結合付加物の構造から、これらの酵素では1,3-双極子付加環化反応が可逆的脱炭酸の基盤になっていると考えられる。1,3-双極子付加環化反応は有機化学では広く用いられている反応だが、酵素による1,3-双極子付加環化反応としては、これが我々の知るかぎりで初めての例である。このFdc1/UbiD触媒反応のモデルによって、アルケン炭化水素産生や芳香族化合物のカルボキシル化や脱炭酸の新しい経路が見つかるだろう。

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