加水分解酵素は、水を利用して化学結合を切断し、大きな分子を2つの小さな分子に分ける生化学的触媒として一般的に使用される加水分解酵素のクラスです。加水分解酵素は、体内で大きな分子を合成のための断片に消化し、廃棄物を排出し、エネルギー生産のための炭素源を提供するため、重要です。この過程で、多くのバイオポリマーがモノマーに変換されます。いくつかの加水分解酵素は、作用する際にエネルギーを放出することがあります。多くの加水分解酵素、特にプロテアーゼは、周辺膜タンパク質として生物膜に接続されているか、単一の膜貫通ヘリックスを介して固定されています。他のものは、多重膜貫通型です。加水分解酵素の名前は「基質加水分解酵素」として体系的に形成されており、一般的に採用される名前は「基質酵素」の形をとります。

生化学において、加水分解酵素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. 加水分解酵素によって触媒される加水分解反応。

分類

加水分解酵素はEC分類システムのEC 3に属し、作用する結合に基づいてさらに13のサブクラスに分類できます。EC 3.1はエステル結合を切断する酵素の一種を表し、これをエステラーゼと呼びます。一般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、リパーゼが含まれ、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、随意筋の強力な神経伝達物質であり、最も重要なエステラーゼの1つとして、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に変換するのに寄与します。エクソトキシンやサキシトキシンなどの危険な毒素は、コリンエステラーゼの作用を妨げる可能性があり、多くの神経剤はコリンエステラーゼの加水分解効率を妨害することによって反応します。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能力があります。グリセリドはリパーゼによって加水分解され、脂肪、リポタンパク質、その他の大きな分子を脂肪酸のような小さな分子に分解するのに寄与します。EC 3.2の加水分解酵素は、主にDNAグリコシラーゼやグリコシド加水分解酵素のような糖に作用します。酢酸は、糖分子を炭水化物に切り分けるグリコシダーゼによって触媒される解糖のための良い中間体となり、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破壊する酵素が含まれています。EC 3.4は、プロテアーゼやペプチダーゼのようにペプチド結合に作用する加水分解酵素をカバーしています。例えば、アシルペプチド加水分解酵素はペプチダーゼファミリーの一員として、ポリペプチドのアセチル化されたN末端を脱アセチル化することができます。他のタイプの加水分解酵素には、ペプチド結合ではなく炭素-窒素結合、酸無水物（酸無水物加水分解酵素、ヘリカーゼやGTPアーゼを含む）、炭素-炭素結合、ハロゲン結合、リン酸-窒素結合、硫黄-窒素結合、炭素-リン結合、硫黄-硫黄結合、炭素-硫黄結合を破壊する酵素が含まれ、EC番号は順次3.5から3.13までの範囲です。

さまざまな加水分解酵素のさまざまな機能

加水分解酵素は、作用位置の多様性により、さまざまな生物学的プロセスに参加することができます。ヒト腸内のLactobacillus jenseniiによって発現される加水分解酵素は、肝臓を刺激して胆汁酸を分泌させ、食物の消化を助けることができます。腸内微生物叢に一般的に見られる胆汁酸加水分解酵素の活性が、特定の胆汁酸のハイドロゲル形成能力を高める可能性があることが示唆されています。これは、ヒト腸の生理的条件におけるその存在が、腸管に定着する細菌の可能性を高め、この特定の生態的ニッチでの生存率を向上させると考えられています。さらに、細菌における胆汁酸加水分解酵素の活性に関する新しい情報は、食品添加物として生きた微生物をより意識的に利用するために有益であり、また、消化器疾患の予防と治療のための新しい医薬品の開発における指針としても役立ちます。ヒト赤血球に見られるアシルペプチド加水分解酵素は、ヒトにおける有機リン化合物への低用量曝露のバイオマーカーとして扱われる可能性があります。グリコシド加水分解酵素は、細胞壁の代謝、グリカンの生合成、シグナル伝達、植物防御、貯蔵資源の動員など、さまざまな生物学的プロセスにおいて独自の役割を果たします。植物のGH32における単一の残基は、AtcwINV1のAsp239に相当し、活性部位でのスクロースの安定化に重要であり、スクロース供与体の特異性を決定するのに不可欠であることがわかっています。ロイコトリエンA₄（LTA₄）加水分解酵素は、ロイコトリエンB₄の生合成の最終段階でエポキシドに作用し、さまざまな急性および慢性炎症疾患において重要な位置を占めています。LTA₄加水分解酵素は、二機能性亜鉛メタロ酵素であり、5-リポキシゲナーゼ経路において重要な酵素であり、ペプチド切断活性を持っています。ヌクレオシド加水分解酵素は、プリン回収経路において中心的な役割を果たし、抗寄生虫薬の探索のための主要なターゲットとして機能します。

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