ヒドロラーゼは加水分解酵素の一群であり、水を利用して化学結合を開裂させ、大きな分子を2つのより小さな分子に分割する生化学的触媒として一般的に用いられます。ヒドロラーゼは、生体内で高分子を合成に供する断片へと消化し、老廃物を排泄し、エネルギー産生のための炭素源を供給するうえで重要であり、その過程で多くの生体高分子がモノマーへと変換されます。作用発現時にエネルギーを放出し得るヒドロラーゼも存在します。多くのヒドロラーゼ、特にプロテアーゼは、周辺膜タンパク質として生体膜に結合するか、単一の膜貫通ヘリックスを介して膜に固定されています。その他には、多回膜貫通型のものもあります。ヒドロラーゼの名称は体系的には「基質ヒドロラーゼ（substrate hydrolase）」として命名されますが、一般に用いられる名称は通常「基質＋-ase（substratease）」の形式です。

生化学において、ヒドロラーゼは以下の反応のように化学結合の加水分解を触媒します：

図1．ヒドロラーゼにより触媒される加水分解反応。

分類

ヒドロラーゼはEC分類体系においてEC 3に属し、作用する結合の種類に基づき13のサブクラスにさらに分類されます。EC 3.1はエステル結合を開裂する酵素群で、エステラーゼと呼ばれます。代表的なエステラーゼには、ヌクレオシダーゼ、ホスファターゼ、プロテアーゼ、リパーゼなどがあり、ホスファターゼは分子からリン酸基を切り離します。アセチルコリンエステラーゼは随意筋に関与する神経伝達において重要であり、アセチルコリンをコリンと酢酸に分解した後、神経インパルスを酢酸へと変換する過程に寄与する、極めて重要なエステラーゼの一つです。外毒素やサキシトキシンなどの危険な毒素の一部はコリンエステラーゼの作用を阻害し、また多くの神経剤はコリンエステラーゼの加水分解能を阻害することで作用します。ヌクレオシダーゼはヌクレオチドの結合を加水分解することが可能です。グリセリドはリパーゼにより加水分解され、脂肪、リポタンパク質、その他の高分子を、合成やエネルギー源として利用される脂肪酸などの低分子へ分解することにも寄与します。EC 3.2のヒドロラーゼは主として糖に作用し、DNAグリコシラーゼやグリコシドヒドロラーゼなどが含まれます。グリコシダーゼは糖分子を切断して炭水化物へと変換し、解糖系に供される有用な中間体の生成に関与します。また、ペプチダーゼはペプチド結合を加水分解します。EC 3.3にはエーテル結合を開裂する酵素が含まれます。EC 3.4はプロテアーゼやペプチダーゼなど、ペプチド結合に作用するヒドロラーゼを包含します。例えば、ペプチダーゼファミリーの一員であるアシルペプチドヒドロラーゼは、ポリペプチドのアセチル化N末端を脱アセチル化できます。その他のヒドロラーゼには、（ペプチド結合ではない）炭素–窒素結合、酸無水物（ヘリカーゼやGTPアーゼを含む酸無水物ヒドロラーゼ）、炭素–炭素結合、ハロゲン結合、リン–窒素結合、硫黄–窒素結合、炭素–リン結合、硫黄–硫黄結合、炭素–硫黄結合を開裂する酵素が含まれ、EC番号は3.5から3.13まで順次付与されています。

各種ヒドロラーゼの多様な機能

ヒドロラーゼは作用部位の多様性により、さまざまな生物学的プロセスに関与し得ます。ヒト腸管内でLactobacillus jenseniiが発現するヒドロラーゼは、肝臓による胆汁酸塩の分泌を促進し、食物消化を助ける可能性があります。腸内細菌叢に一般的に見られる胆汁酸塩ヒドロラーゼ（bile salt hydrolase）の活性は、特定の胆汁酸塩のハイドロゲル形成能を高め得ることが示唆されており、ヒト腸管の生理的条件下でのその存在は、消化管への定着能および当該生態ニッチにおける生存率を高める可能性があると考えられています。さらに、細菌における胆汁酸塩ヒドロラーゼ活性に関する新たな知見は、生菌を食品添加物としてより意図的に活用するうえで有用であるとともに、消化管障害の予防および治療に向けた新規医薬品開発の指針にもなり得ます。ヒト赤血球に存在するアシルペプチドヒドロラーゼは、ヒトにおける低用量の有機リン曝露のバイオマーカーとして取り扱える可能性があります。グリコシドヒドロラーゼは、細胞壁代謝、グリカン生合成、シグナル伝達、植物防御、貯蔵物質の動員など、多様な生物学的過程において特有の役割を担います。植物GH32において、AtcwINV1のAsp239に相当する単一残基が、活性部位におけるスクロースの安定化に重要であり、スクロース供与体特異性の決定に必須である可能性が示されています。ロイコトリエンA₄（LTA₄）ヒドロラーゼは、ロイコトリエンB₄生合成の最終段階でエポキシドに作用し、ロイコトリエンB₄は多様な急性および慢性炎症性疾患に関与します。二機能性亜鉛メタロ酵素であるLTA₄ヒドロラーゼは、5-リポキシゲナーゼ経路における重要酵素であり、ペプチド切断活性も有します。ヌクレオシドヒドロラーゼはプリン回収経路において中心的役割を担い、抗寄生虫薬探索における主要標的としても機能します。

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