補因子結合と補欠分子族

多くの酵素は、アミノ酸残基だけでは反応を触媒できません。触媒機構を完結させるためには、金属イオンや有機補酵素といった非タンパク質性のパートナーを必要とします。これらの補因子は、緩く結合することもあれば、補欠分子族として恒久的に結合することもあり、その結合によって不活性なタンパク質が機能的な酵素へと変換されます。

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あり、強固に、または共有結合的に結合した有機補因子は補欠分子族と呼ばれます。不活性なタンパク質単独ではアポ酵素であり、タンパク質と補因子が結合したものが活性型ホロ酵素です。

Scope

本項目では、補因子、補酵素、補欠分子族の区別、アポ酵素とホロ酵素の関係、金属イオンや有機補因子が触媒作用にどのように関与するか、そして多くの補酵素と食事性ビタミンとの関連について解説します。これは酵素補因子に関する学術的な解説であり、栄養や投与量に関する助言を目的とするものではありません。

Core questions

• 補因子、補酵素、補欠分子族の違いは何ですか？
• 結合した補因子は触媒作用にどのように貢献しますか？
• アポ酵素とホロ酵素は何が異なりますか？
• 多くの補酵素はビタミンとどのように関連していますか？

Key concepts

• 補因子対補酵素対補欠分子族
• アポ酵素とホロ酵素
• 金属イオン補因子
• 強固に結合した（補欠分子族）対緩く結合した補因子
• ビタミン由来の補酵素
• 多段階酵素におけるスイングアームキャリア

Mechanisms

補因子は、20種類の標準アミノ酸から得られる限られた化学的性質を拡張します。金属イオンは基質を分極させたり、電荷を安定させたり、レドックス段階に直接関与したりする一方、有機補酵素は反応間で電子、化学基、またはエネルギーのキャリアとして機能します。緩く結合した補酵素は酵素から拡散して離れるのに対し、補欠分子族は触媒作用の間、時には共有結合的に結合したままです。一部の多機能酵素では、補欠分子族が柔軟な「スイングアーム」上に位置し、活性部位間で中間体をシャトル輸送します。適切な補因子の結合により、不活性なアポ酵素は触媒能を持つホロ酵素へと変換されます。

Clinical relevance

多くの補酵素はビタミンに由来するため、補因子の概念は酵素機能と栄養を結びつけ、特定の微量栄養素が代謝に不可欠である理由の根底にあります。本項目は、補因子結合の生化学を参照のために記述するものであり、栄養補助食品の摂取や治療の決定の根拠となるものではありません。

History

酵素の中には解離可能な耐熱性の補助因子を必要とするものがあるという認識は、20世紀初頭の発酵研究で生まれ、そこで補酵素という用語が導入されました。個々の補酵素が特定されるにつれて、その多くが食事性ビタミンの誘導体であることが判明し、酵素学と栄養学が結びつきました。その後の構造研究により、多機能酵素複合体内で強固に結合した補欠分子族や可動性のキャリアアームがどのように機能するかが明らかにされました（Perham, 2000）。

Key figures

• Richard N. Perham

Seminal works

• perham-2000

Frequently asked questions

補酵素と補欠分子族の違いは何ですか？

どちらも有機補因子ですが、補酵素は通常、緩く結合し反応後に解離するのに対し、補欠分子族は触媒作用の間ずっと酵素に強固に、または共有結合的に結合したままです。

アポ酵素とホロ酵素とは何を意味しますか？

アポ酵素は補因子を持たないタンパク質成分であり、触媒活性がありません。ホロ酵素は、タンパク質が必須の補因子と結合して形成される完全な活性型酵素です。