微生物学：細菌のNi²⁺依存性グアニジン加水分解酵素の発見

窒素の利用可能性は、多くの生息環境で増殖制限要因となっており、全球の窒素循環には、この貴重な資源を競合する原核生物と真核生物が含まれている。元素窒素を固定できるのは一部の細菌とアーキアだけであり、他の全ての生物は無機窒素や有機窒素の同化に依存している。窒素を豊富に含む化合物であるグアニジンは自然界に広く生じるが、その利用は著しい共鳴安定化のために妨げられており、遊離グアニジンの加水分解を触媒する酵素はまだ見つかっていない。今回我々は、シアノバクテリアの一種であるSynechocystis sp. PCC 6803に由来するアルギナーゼファミリーのタンパク質GdmH（Sll1077）が、Ni²⁺依存性グアニジン加水分解酵素（ヒドロラーゼ）であることを明らかにする。GdmHは遊離グアニジンに対する高い特異性を持つ。その活性は、2つのアクセサリータンパク質に依存していて、これらの活性部位には典型的なMn²⁺イオンではなく、Ni²⁺イオンが存在する。GdmHの結晶構造からは、アルギナーゼファミリーの酵素に典型的な形態中に二核金属クラスターが配位していることが明らかになり、結合した基質のモデル化が可能になった。アミノ末端の独特な伸長と1つのトリプトファン残基が基質結合ポケットを狭めており、他のシアノバクテリア、他の複数の細菌タクソンと不等毛藻類でも、グアニジン加水分解酵素と思われる相同タンパク質が見つかった。この広範な分布は、水生生物の生息環境でのグアニジン加水分解の生態への重要な関連性を示唆している。

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