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偽酵素 (Pseudoenzymes)

偽酵素(Pseudoenzymes)首次被提出描述大約是在50多年前，當時研究人員發現，在結構上與活性酵素同源的蛋白質子集(subset)缺乏催化活性所必需的氨基酸。迄今21 世紀的研究亦指出，偽酵素是與酵素家族具有序列同源性的蛋白質，偽酵素已被證明或被預測是一種因其在某些方面的催化氨基酸突變而造成缺乏酵素活性的蛋白質。最近，研究人員對偽酵素的興趣激增，因為很明顯它們構成了約 10% 的蛋白質體並執行基本的代謝和信號傳導功能，這些功能可以通過實驗與酵素的催化輸出區分開來。

偽酵素 (Pseudoenzymes) 有時亦被稱為“死酵素(dead enzymes)”，存在於大多數酵素家族中，通常通過基因複製事件產生。死酵素通常是通過關鍵催化殘基的進化減損，而失去了它們的酵素活化能力。但是，這些偽酵素在功能上離“死亡”還很遠。事實上，死酵素作為生化調節劑，發揮著一系列關鍵的生化作用，死酵素通常比它們的催化類緣物更多功能。來自不同酵素家族的死酵素的功能通常遵循反復出現的主題，包括對其催化活性對應物的變構調節(allosteric regulation)、充當信號骨架(signaling scaffolds)或作為識別和隔離其催化同系物受質的抑製劑。

偽酵素是催化缺陷的酵素變體(通常是蛋白質)，這意味著它們很少或不進行酵素催化。根據一些研究指出，偽酵素在生命界中的所有主要酵素家族中都有代表，在這些家族中，它們具有重要的信號傳導和代謝功能，其中許多功能直到現在才被發現。偽酵素的分析變得越來越重要，尤其是基因體的生物資訊學分析揭示了它們的無處不在。偽酵素的重要調節，有時在代謝和信號傳遞途徑中的疾病相關功能提供了新的啟示，包括非催化功能的活性酵素、非催化功能的月光蛋白質(moonlighting proteins)、以及在不同細胞作用中的蛋白質重新利用（蛋白質月光）(protein moonlighting)。偽酵素可以變構激活經典酵素，充當骨架來控制蛋白質信號複合物的組裝及其定位，充當分子開關，或通過受質或酵素隔離來調節信號網絡。值得注意的是，經過進一步檢查，一些偽酵素具有以前無法預測的酵素活性。

近幾年來的研究更發現，死酵素除了可作為健康和疾病的關鍵生化調節劑的功效之外，並且可能是比某些酵素本身更易控制的藥物標靶作用。偽酵素可以被小分子靶向和控制，因此代表了各種疾病中的新治療標靶（或抗標靶）(anti-targets)。研究人員還提出了使用小分子和藥物標靶作用於細胞信號傳導機轉新方法之闡釋。目前就細胞信號傳導功能研究而言，分析最深入，當然也是最了解的偽酵素可能是偽激酵素(pseudokinases)、偽蛋白酵素(pseudoproteases)和偽磷酸酵素(pseudophosphatases)。最近，偽去泛素酵素(pseudo-deubiquitylases)也開始受到重視。

參考資料

1. Colin Adrain. Pseudoenzymes: dead enzymes with a lively role in biology. The FEBS Journal 2020;287:4102–4105. doi: 10.1111/febs.15535

2. António J M Ribeiro, Sayoni Das, Natalie Dawson, Rossana Zaru, Sandra Orchard, Janet M Thornton, Christine Orengo, Elton Zeqiraj, James M Murphy, Patrick A Eyers. Emerging concepts in pseudoenzyme classification, evolution, and signaling. Sci Signal. 2019;12(594):eaat9797. doi: 10.1126/scisignal.aat9797.

3. James M Murphy, Peter D Mace, Patrick A Eyers. Live and let die: insights into pseudoenzyme mechanisms from structure. Curr Opin Struct Biol. 2017;47:95-104. doi: 10.1016/j.sbi.2017.07.004.

本期專有名詞介紹小組編寫人/審查人：黃佳真/鄭奕帝