代替酸化酵素

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代替酸化酵素
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Alternative oxidase
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略号 AOX
Pfam PF01786
InterPro IPR002680
OPM superfamily 471
OPM protein 3w54
利用可能な蛋白質構造:
Pfam structures
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
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代替酸化酵素（だいたいさんかこうそ、alternative oxidase (AOX)、オルタナティブオキシダーゼ）は、様々な真核生物においてミトコンドリア電子伝達系を構成する酵素の1つである[1][2]。そのホモログは原核生物のゲノム中にも見出されている[3][4]。

代替酸化酵素は呼吸毒であるシアン化物に対して耐性であることから見出された[5]。

機能[編集]

酸素呼吸において通常シトクロムcオキシダーゼ（複合体IV）が最終的に電子を酸素へ受け渡すが、代替酸化酵素はキノールを酸素で酸化することで複合体IIIと複合体IVをバイパスする。複合体IIIと複合体IVがプロトン輸送能を持つのに対し、代替酸化酵素はプロトン輸送を行わないため、この経路が利用されるとATP産生能は低下する。

呼吸鎖の概略図。代替酸化酵素(AOX)はキノール(Q)から電子を受け取り酸素を還元することで、複合体IIIと複合体IVをバイパスする。

植物では寒さ、活性酸素、感染などのストレスに応答して発現する[6][7]。 この代替経路の利点は明らかでないが、これらのストレスへ抵抗するにあたり酸化ストレスを抑える意味があるのかもしれない[8]。

アフリカ睡眠病の病原体であるブルーストリパノソーマは、血流中では解糖系に依存してATP産生を行っているが、そこで生じるNADHの再酸化のために代替酸化酵素が必須である[9][10]。 この点は宿主と大きく異なるため、トリパノソーマの代替酸化酵素は薬剤標的として魅力的である[11][12]。 代替酸化酵素の阻害剤の中でもアスコフラノンは酵素を阻害するだけでなく感染マウスを治癒させることができる[13][14]。

アゾキシストロビンの構造式

真菌では、代替酸化酵素により呼吸鎖をバイパスできることにより、抗真菌剤への耐性に寄与していることが知られている。アゾキシストロビン、ピコキシストロビン（Picoxystrobin）、フルオキサストロビン（Fluoxastrobin）といったストロビルリン（英語版）系の殺菌剤は呼吸鎖複合体IIIを阻害するが、代替酸化酵素が呼吸鎖をバイパスすることで真菌は生き延びることができる[15]。 ただし胞子の発芽には多量のエネルギーが必要なため、ATP産生量が少ない代替経路では賄いきれず、したがってこれらの殺菌剤は発芽の抑制には効果を発揮する[16]。

構造と反応機構[編集]

代替酸化酵素は膜表在性タンパク質で、ミトコンドリア内膜のマトリックス側表面に結合している[17]。 グルタミン酸4つとヒスチジン2つから成る配列保存的モチーフがあることから、二核鉄中心を持つ事が予想されていた[18]。 また電子スピン共鳴を用いたシロイヌナズナ代替酸化酵素の研究から、混合原子価二核鉄中心の存在が示されている[19]。 この二核鉄中心とタンパク質（おそらくチロシン残基）に由来するフリーラジカルが反応に関与していると想定されている[20]。

関連項目[編集]

参考文献[編集]

  1. ^ McDonald A, Vanlerberghe G (2004). “Branched mitochondrial electron transport in the Animalia: presence of alternative oxidase in several animal phyla”. IUBMB Life 56 (6): 333–41. doi:10.1080/1521-6540400000876. PMID 15370881. 
  2. ^ Sluse FE, Jarmuszkiewicz W (1998). “Alternative oxidase in the branched mitochondrial respiratory network: an overview on structure, function, regulation, and role”. Braz. J. Med. Biol. Res. 31 (6): 733–47. doi:10.1590/S0100-879X1998000600003. PMID 9698817. 
  3. ^ McDonald AE, Amirsadeghi S, Vanlerberghe GC (2003). “Prokaryotic orthologues of mitochondrial alternative oxidase and plastid terminal oxidase”. Plant Mol. Biol. 53 (6): 865–76. doi:10.1023/B:PLAN.0000023669.79465.d2. PMID 15082931. 
  4. ^ Atteia A, van Lis R, van Hellemond JJ, Tielens AG, Martin W, Henze K (2004). “Identification of prokaryotic homologues indicates an endosymbiotic origin for the alternative oxidases of mitochondria (AOX) and chloroplasts (PTOX)”. Gene 330: 143–8. doi:10.1016/j.gene.2004.01.015. PMID 15087133. 
  5. ^ Moore AL, Siedow JN (1991). “The regulation and nature of the cyanide-resistant alternative oxidase of plant mitochondria”. Biochim. Biophys. Acta 1059 (2): 121–40. doi:10.1016/S0005-2728(05)80197-5. PMID 1883834. 
  6. ^ Vanlerberghe GC, McIntosh L (1997). “Alternative oxidase: From Gene to Function”. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 48: 703–734. doi:10.1146/annurev.arplant.48.1.703. PMID 15012279. 
  7. ^ Ito Y, Saisho D, Nakazono M, Tsutsumi N, Hirai A (1997). “Transcript levels of tandem-arranged alternative oxidase genes in rice are increased by low temperature”. Gene 203 (2): 121–9. doi:10.1016/S0378-1119(97)00502-7. PMID 9426242. 
  8. ^ Maxwell DP, Wang Y, McIntosh L (1999). “The alternative oxidase lowers mitochondrial reactive oxygen production in plant cells”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96 (14): 8271–6. doi:10.1073/pnas.96.14.8271. PMC 22224. PMID 10393984. http://www.pnas.org/cgi/content/full/96/14/8271. 
  9. ^ Chaudhuri M, Ott RD, Hill GC (2006). “Trypanosome alternative oxidase: from molecule to function”. Trends Parasitol. 22 (10): 484–91. doi:10.1016/j.pt.2006.08.007. PMID 16920028. 
  10. ^ Clarkson AB, Bienen EJ, Pollakis G, Grady RW (1989). “Respiration of bloodstream forms of the parasite Trypanosoma brucei brucei is dependent on a plant-like alternative oxidase”. J. Biol. Chem. 264 (30): 17770–6. PMID 2808350. http://www.jbc.org/cgi/reprint/264/30/17770.pdf. 
  11. ^ Nihei C, Fukai Y, Kita K (2002). “Trypanosome alternative oxidase as a target of chemotherapy”. Biochim. Biophys. Acta 1587 (2-3): 234–9. doi:10.1016/s0925-4439(02)00086-8. PMID 12084465. 
  12. ^ Grady RW, Bienen EJ, Dieck HA, Saric M, Clarkson AB (1993). “N-n-alkyl-3,4-dihydroxybenzamides as inhibitors of the trypanosome alternative oxidase: activity in vitro and in vivo”. Antimicrob. Agents Chemother. 37 (5): 1082–5. doi:10.1128/aac.37.5.1082. PMC 187903. PMID 8517695. http://aac.asm.org/cgi/reprint/37/5/1082.pdf. 
  13. ^ Minagawa N, Yabu Y, Kita K, Nagai K, Ohta N, Meguro K, Sakajo S, Yoshimoto A (1997). “An antibiotic, ascofuranone, specifically inhibits respiration and in vitro growth of long slender bloodstream forms of Trypanosoma brucei brucei”. Mol. Biochem. Parasitol. 84 (2): 271–80. doi:10.1016/S0166-6851(96)02797-1. PMID 9084049. 
  14. ^ Yabu Y, Yoshida A, Suzuki T, Nihei C, Kawai K, Minagawa N, Hosokawa T, Nagai K, Kita K, Ohta N (2003). “The efficacy of ascofuranone in a consecutive treatment on Trypanosoma brucei brucei in mice”. Parasitol. Int. 52 (2): 155–64. doi:10.1016/S1383-5769(03)00012-6. PMID 12798927. 
  15. ^ Miguez M, Reeve C, Wood PM, Hollomon DW (2004). “Alternative oxidase reduces the sensitivity of Mycosphaerella graminicola to QOI fungicides”. Pest Manag. Sci. 60 (1): 3–7. doi:10.1002/ps.837. PMID 14727735. 
  16. ^ Avila-Adame C, Köller W (2003). “Impact of alternative respiration and target-site mutations on responses of germinating conidia of Magnaporthe grisea to Qo-inhibiting fungicides”. Pest Manag. Sci. 59 (3): 303–9. doi:10.1002/ps.638. PMID 12639047. 
  17. ^ Berthold DA, Stenmark P (2003). “Membrane-bound diiron carboxylate proteins”. Annual review of plant biology 54: 497–517. doi:10.1146/annurev.arplant.54.031902.134915. PMID 14503001. 
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  19. ^ Berthold DA, Voevodskaya N, Stenmark P, Gräslund A, Nordlund P (2002). “EPR studies of the mitochondrial alternative oxidase. Evidence for a diiron carboxylate center”. J. Biol. Chem. 277 (46): 43608–14. doi:10.1074/jbc.M206724200. PMID 12215444. http://www.jbc.org/cgi/content/full/277/46/43608. 
  20. ^ Affourtit C, Albury MS, Crichton PG, Moore AL (2002). “Exploring the molecular nature of alternative oxidase regulation and catalysis”. FEBS Lett. 510 (3): 121–6. doi:10.1016/S0014-5793(01)03261-6. PMID 11801238. 

外部リンク[編集]

電子伝達系（水素伝達系、呼吸鎖）
複合体I
複合体II
複合体III
複合体IV
関連項目
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