細菌チトクロムc酸化酵素のCu中心生合成のための生化学的経路

Biochemical pathway for the biosynthesis of the Cu center in bacterial cytochrome c oxidase.

• Fabia Canonica
• Hauke Hennecke
• Rudi Glockshuber

抄録

二銅中心のCuは、ミトコンドリアや多くの原核生物のチトクロム酸化酵素(Cox)の必須の金属補酵素であり、チトクロムcから酸素還元のためのサイトへの一電子移動を媒介している。銅はCoxのサブユニットII（CoxB）に位置し、グラム陰性菌の細胞質周囲やミトコンドリアの膜間空間に突出しています。この2つの銅イオンがどのようにしてCoxB-Cuを形成するのかが本研究の課題である。細菌のCu形成には還元酵素TlpAとメタロシャペロンScoIとPcuCが必要であることが知られていたが、銅の移動のメカニズムが明らかになったのは最近のことで、ブラジリリゾビウムジアゾエフィレン系である。それは次のようなステップから構成されている。(a)TlpAがCoxBの活性部位のシステイン対をジチオール状態に保持することが金属挿入の前提条件である；(b)ScoI-Cuが急速にapo-CoxBと一過性の複合体を形成する。(c)CuとCuを担持したPcuCは、この複合体を解離してCoxB-Cuとなり、第二のPcuC-Cu-CuはCuをCoxB-Cuに移動させ、成熟したCoxB-Cuを生成する。この経路のバリアントは、他の細菌やミトコンドリアにも存在する可能性があります。

The di-copper center Cu is an essential metal cofactor in cytochrome oxidase (Cox) of mitochondria and many prokaryotes, mediating one-electron transfer from cytochrome c to the site for oxygen reduction. Cu is located in subunit II (CoxB) of Cox and protrudes into the periplasm of Gram-negative bacteria or the mitochondrial intermembrane space. How the two copper ions are brought together to build CoxB·Cu is the subject of this review. It had been known that the reductase TlpA and the metallochaperones ScoI and PcuC are required for Cu formation in bacteria, but the mechanism of copper transfer has emerged only recently for the Bradyrhizobium diazoefficiens system. It consists of the following steps: (a) TlpA keeps the active site cysteine pair of CoxB in its dithiol state as a prerequisite for metal insertion; (b) ScoI·Cu rapidly forms a transient complex with apo-CoxB; (c) PcuC, loaded with Cu and Cu , dissociates this complex to CoxB·Cu , and a second PcuC·Cu ·Cu transfers Cu to CoxB·Cu , yielding mature CoxB·Cu . Variants of this pathway might exist in other bacteria or mitochondria.

© 2019 The Authors. FEBS Letters published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Federation of European Biochemical Societies.