鉄付加酵素

鉄付加酵素 (Ferrochelatase, FECH)

鉄付加酵素（Ferrochelatase, 略称FECH）は、生物の生命維持に不可欠な分子であるヘムが体内で合成される経路において、最終ステップを触媒する酵素として重要な役割を果たしています。ヘムは、ヘモグロビンやミオグロビンといった酸素運搬に関わるタンパク質、あるいは細胞のエネルギー産生に必要なシトクロムなどの多様な分子の構成要素として、幅広い生理機能に関与しています。

ヘムの生合成は、複数の酵素反応を経て段階的に進行しますが、鉄付加酵素が担うのはその8段階ある反応の最後にあたるものです。この酵素は、ヘムの直接的な前駆体であるプロトポルフィリンIXと呼ばれる環状構造の分子に対し、中心部に二価の鉄イオン（Fe2+）を挿入する反応を促進します。この鉄イオンの付加によって、プロトポルフィリンIXは最終生成物であるヘムへと変換されます。

化学反応式で示すと、この酵素が触媒する反応は以下のようになります。

プロトポルフィリンIX ＋ Fe²⁺ ⇌ ヘム ＋ 2 H⁺

すなわち、プロトポルフィリンIXが鉄イオンを受け取り、ヘムとなる過程で、同時に2つの水素イオンが放出されるという平衡反応です。この反応はミトコンドリアの内部空間（マトリックス）または内膜で行われます。

鉄付加酵素タンパク質そのものは、約497個のアミノ酸残基から構成されており、その分子量は約55.4キロダルトン（kDa）です。細胞内では主にミトコンドリアに局在しており、これはヘム生合成経路の後半部分がミトコンドリア内で完結することと関連しています。

この重要な酵素の機能が遺伝的な要因によって損なわれたり、活性が低下したりすると、ヘム合成が効率的に行われなくなります。その結果、基質であるプロトポルフィリンIXが体内の特に赤血球や肝臓などに過剰に蓄積します。このプロトポルフィリンIXの蓄積が原因となって発症する疾患が、骨髄性プロトポルフィリア（Erythropoietic Protoporphyria, EPP）です。EPPの患者さんは、皮膚が日光や特定の人工光に過敏に反応し、露出部に強い痛みや灼熱感、腫れなどを生じることが主な症状です（光線過敏症）。また、蓄積したプロトポルフィリンIXが肝臓に障害をもたらし、進行すると肝不全に至る重症例も報告されています。

骨髄性プロトポルフィリアは遺伝性疾患であり、鉄付加酵素をコードするFECH遺伝子の変異によって引き起こされます。FECH遺伝子には様々なタイプの病因となる変異が存在し、中には異なる種類のRNA転写産物（アイソフォーム）を生じさせるような変異も見つかっています。これらの遺伝子レベルでの異常が酵素の量や機能に影響を与え、疾患の発症につながるのです。

このように、鉄付加酵素はヘムという生命に不可欠な分子を完成させる「最後の砦」ともいえる酵素であり、その正常な機能が生命維持に極めて重要です。この酵素に関する研究は、ポルフィリン症のような遺伝性代謝疾患のメカニズム理解や新たな治療法開発の基盤となっています。

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