補酵素と補因子
補酵素と補因子は、多くの酵素が反応を触媒するために必要とする非タンパク質性の補助因子です。これらは、アミノ酸側鎖だけでは提供できない化学的機能を提供します。例えば、電子の伝達、官能基の運搬、反応性の金属イオンを活性部位に配置するなどの役割を担います。この分野では、これらの主要な補助分子のクラスと、それらに依存する酵素についてまとめています。
Definition
補因子とは、酵素の活性に必要とされる非タンパク質性の化学成分です。有機補因子は補酵素と呼ばれ、強固に結合しているか共有結合している補因子は補欠分子族と呼ばれます。補因子を欠き触媒活性を持たないタンパク質はアポ酵素であり、補因子が結合すると活性なホロ酵素となります。
Scope
この分野では、有機補酵素（NAD+やFADなどのレドックスキャリアや、多くのビタミン由来補酵素を含む）、無機金属イオン補因子、それらを利用する金属依存性酵素、および強固に結合した有機補因子や補欠分子族というより広範なカテゴリーを概観します。これは、酵素補因子の生化学に関する参照概要として構成されており、臨床的ガイダンスを目的としたものではありません。
Sub-topics
Core questions
- 補因子は、タンパク質側鎖が提供できないどのような化学的機能を追加するのでしょうか？
- 補酵素は補欠分子族や金属イオン補因子とどのように区別されるのでしょうか？
- どのビタミンが補酵素の前駆体として機能し、これが栄養と酵素機能とをどのように結びつけるのでしょうか？
- 酵素はどのようにして金属イオンを獲得し、それらを識別するのでしょうか？
Key concepts
- アポ酵素、ホロ酵素、および補因子結合
- 補酵素と補欠分子族
- 共同基質（解離性）と強固に結合した補因子
- 電子キャリアとしてのレドックス補酵素
- 基転移補酵素
- ビタミン由来補酵素
- 金属イオン補因子と金属酵素
- 補因子の再生とターンオーバー
Mechanisms
補因子はタンパク質の触媒レパートリーを拡張します。NAD+やFADなどのレドックス補酵素は、基質と呼吸経路または生合成経路の間で電子と水素化物イオンをシャトルし、酸化型と還元型の間を循環します（Verdin, 2015; Holm et al., 1996）。多くの水溶性ビタミンに由来する基転移補酵素は、化学基を運びます。例えば、ピリドキサール5'-リン酸はシッフ塩基を形成し、アミノ酸の化学反応を促進します（Eliot & Kirsch, 2004）。金属イオンはルイス酸、レドックス中心、または構造的アンカーとして機能します。解離性の補酵素は、消費されて再生される共同基質のように振る舞いますが、補欠分子族は触媒サイクルを通して結合したままです。アポ酵素は、補因子と結合して機能的なホロ酵素を形成するまで不活性です（Nelson & Cox, 2021）。
Clinical relevance
多くの補酵素がビタミンや微量金属に由来するため、補因子の生化学は、栄養と代謝で説明される微量栄養素の状態と酵素機能との関連性の根底にあります。ここでのトピックは、補因子がどのようにして触媒作用をメカニズムレベルで可能にするかを説明するものであり、生化学を記述するものであって、個々の診断、投与量、または治療の根拠となるものではありません。
History
補因子の概念は、20世紀初頭に、酵素タンパク質とともに透析可能で熱安定性の「共同発酵物」が必要であり、そのいくつかが新しく発見されたビタミンに由来することを示す研究から生まれました。その後、20世紀後半の構造的およびメカニズム的研究により、レドックス補酵素、ビタミン由来補酵素、および金属部位がどのように機能するかが定義され、生物学的金属部位やピリドキサールリン酸および関連補酵素に関するレビューでまとめられました（Holm et al., 1996; Eliot & Kirsch, 2004）。
Related topics
Seminal works
- holm-1996
- eliot-2004
- verdin-2015
Frequently asked questions
- 補酵素と補因子の違いは何ですか？
- 補因子は、酵素が必要とする非タンパク質成分全般を指す一般的な用語です。補酵素は特に有機補因子（NAD+や補酵素Aなど）を指し、金属イオンは無機補因子です。
- 補欠分子族とは何ですか？
- 補欠分子族は、酵素に強固に、または共有結合的に結合しており、触媒サイクル全体を通して結合したままである補因子です。これは、共同基質のように出入りする解離性の補酵素とは対照的です。