メナキノン

メナキノンについて

メナキノン（menaquinone; MK）は、2-メチル-1,4-ナフトキノンのプレニル化された形状であり、特に原核生物がその合成を行います。この化合物は、嫌気的呼吸鎖において、ユビキノンと同様に電子伝達体としての役割を果たしています。また、動物の体内ではガンマグルタミルカルボキシラーゼの補因子として機能し、ビタミンK2としても知られています。

メナキノンの種類

メナキノンは、プレニル側鎖の長さに応じて分類されることがあり、例えばメナキノン-4やメナキノン-7といった名称がついています。これらの数字は、側鎖を構成するイソプレン単位の数を示しており、同様にMK-4やMK-7と略記されます。原核生物においては、呼吸に利用されるメナキノンは通常MK-6からMK-10の範囲ですが、MK-14も知られています。さらに、多細胞動物は食物からビタミンKを摂取し、これを体内でMK-4に変換して利用します。

プレニル側鎖は通常全て不飽和ですが、一部の生物では部分的または完全に飽和した側鎖を持つことがあります。特に1ヶ所が飽和した形状はジヒドロメナキノンと呼ばれます。また、プレニル側鎖の二重結合のほとんどはトランス型ですが、シス型の異性体を持つ生物も確認されています。さらに、側鎖にカルボニル基を持つ特殊な例としてクロロビウムキノンが挙げられます。

メナキノンに関する他の化合物には、メチルメナキノン、デメチルメナキノン、ジメチルメナキノン、メチオナキノンなどがあります。

生合成の過程

メナキノンは、ナフトキノン骨格とプレニル側鎖をそれぞれ合成し、プレニル基転移酵素によって結合することで生成されます。ナフトキノン骨格はシキミ酸経路を介してコリスミ酸を基に形成され、この後2種類の合成経路が存在します。1つ目はmen遺伝子群による経路で、7段階を経て1,4-ジヒドロキシ-2-ナフタレンカルボン酸（DHNA）に至ります。もう1つはフタロシン経路で、こちらはコリスミ酸とイノシンを経由し4段階を経てDHNAに至ります。

プレニル側鎖の合成は、ピルビン酸とグリセルアルデヒド-3-リン酸から非メバロン酸経路を経由することによって行われます（真正細菌の場合）または、アセチルCoAからメバロン酸経路を経由する（古細菌や一部の真正細菌）。最終的にはDHNAと様々な長さのプレニル二リン酸がプレニル基転移酵素によって結合され、2位がメチル化されることで還元型メナキノンが完成します。

メナキノンの機能

原核生物におけるメナキノンの主な役割は、呼吸鎖や光化学系での電子伝達体です。原核生物の呼吸鎖は多様性が高いですが、多くの生物はNADH:メナキノン酸化還元酵素を持ち、この酵素はミトコンドリアの呼吸鎖複合体Iに類似したタンパク質です。このタンパク質はNADHを酸化し、メナキノンを還元する際に細胞膜を挟んでプロトンを輸送します。生成されたプロトン勾配はATP合成に利用されます。また、補酵素F420やリンゴ酸、ピルビン酸などもメナキノンに電子を供給します。

生成された還元型メナキノン（メナキノール）は、他の化合物に電子を渡しながらメナキノンに戻ります。メナキノール:フマル酸酸化還元酵素は、ミトコンドリアの呼吸鎖複合体IIと相同なタンパク質複合体で、メナキノールの酸化やフマル酸の還元を行います。

進化的視点

メナキノンは酸化還元電位（Eo'）が-74 mVで、ユビキノンよりも低い値を持っています。そのため、酸素が存在する環境では自発的に酸化され、電子伝達体としての機能は果たせなくなります。生物の進化史において、原生代以前の低酸素生活圏ではメナキノンが広く利用されていました。しかし、約6億年前の酸素濃度の上昇に伴い、ユビキノンを使用できる生物が増えたと考えられています。メナキノンとユビキノンの移行は、一部の原核生物グループで独立して進化したと理解されています。

もう一度検索