ラッカーゼは4個の銅イオンを含有するポリフェノールオキシダーゼである。ブルー銅オキシダーゼに分類され、単量体の糖タンパク質として存在する。ラッカーゼはキノコ、細菌および植物に存在し、空気中でも生存し得る。反応後の生成物は水のみであるため、本質的に環境負荷の低い酵素である。ラッカーゼの特異な触媒特性により、生体検出分野で広く利用されており、高効率なバイオディテクターとして、基質、補酵素、阻害剤などの成分分析における有効なツールおよび手段となっている。近年、環境保全に対する意識が高まるにつれ、ラッカーゼは多くの研究者の研究対象となっている。

図1．ラッカーゼの構造。

起源

ラッカーゼは漆の木の分泌物中で最初に見出され、茶葉の芽などを含む多くの高等植物の細胞壁に存在する。高等植物由来ラッカーゼの報告は、真菌由来ラッカーゼに比べて少ない。生産に用いられるラッカーゼは主として細菌および真菌に由来し、多くの真菌はラッカーゼを分泌する。国内外における主要生産菌株は白色腐朽菌である。国内におけるラッカーゼ応用研究は、主にリグニン分解、パルプ漂白、染料排水の脱色、および環境中の有害物質の分解に焦点が当てられている。

物理化学的性質

ラッカーゼは銅タンパク質であり、青色を呈し、分子量は約120,000で、4個の原子状銅を含有し、CN-により阻害され得る。ラッカーゼはポリフェノールを酸化し、フェノールおよびジアミンのメトキシ置換を促進し、さらにp-ポリフェノールと類似構造を有するほぼすべての基質を酸化する。また、一部の真菌ラッカーゼは、クレゾールやアスコルビン酸などのモノフェノールも酸化し得る。

活性部位

活性部位は4つの銅中心から構成され、タイプI、タイプIIおよびタイプIIIに区分される構造をとる。トリ銅クラスターはタイプIIおよびタイプIIIの銅から構成される（図参照）。この中心がO₂を結合し、水へと還元する。各Cu（I, II）ペアは、この変換に必要な1電子を受け渡す。タイプI銅はO₂に結合せず、電子移動部位としてのみ機能する。タイプI銅中心は、少なくとも2つのヒスチジン残基および1つのシステイン残基に結合した単一の銅原子からなるが、特定の植物および細菌が産生する一部のラッカーゼでは、タイプI銅中心に追加のメチオニン配位子を含む。タイプIII銅中心は2つの銅原子からなり、それぞれが3つのヒスチジン配位子を有し、水酸化物架橋配位子によって相互に連結される。最後の銅中心はタイプII銅中心であり、2つのヒスチジン配位子と1つの水酸化物配位子を有する。タイプIIおよびタイプIIIの銅中心は、二酸素還元が起こる三銅複合体を形成する。タイプIII銅はHg（II）に置換され得て、その結果ラッカーゼ活性が低下する。シアン化物は酵素からすべての銅を除去し、タイプIおよびタイプII銅を完全に再導入することは不可能であることが示されている。しかし、タイプIII銅は酵素へ再導入可能である。その他の各種陰イオンもラッカーゼを阻害し得る。ラッカーゼは低過電圧で酸素還元反応に影響を及ぼす。本酵素は酵素バイオ燃料電池におけるカソードとして研究されている。電子メディエーターと組み合わせることで、固体電極線への電子移動を促進できる。ラッカーゼは、工業用触媒として商業化されている数少ない酸化還元酵素の一つである。

用途

食用菌生産

食用菌の種菌生産工程において、ラッカーゼ製剤を添加すると、リグニンなどの芳香族高分子化合物の分解が促進され、菌糸に栄養を供給するとともに、オキシダーゼとして呼吸過程の電子移動に関与し、より多くのエネルギーを供給して菌糸体の合成、代謝および物質蓄積を促進する。これにより菌糸の生長が加速され、種菌生産期間が短縮される。袋栽培工程では、菌糸が屈曲してより多くの子実体原基を形成し、キノコの収量増加につながる。生産工程全体を通じて、ラッカーゼ製剤はフェノールをキノンへ酸化し、病原微生物に抵抗し汚染を抑制する毒性物質として作用し得る。

灰色かび病（Botrytis cinerea）感染の指標

Botrytis cinereaが産生するラッカーゼは、ブドウのさまざまな腐敗を引き起こし得る。ブドウ果汁またはワイン中でラッカーゼ活性が検出される場合、製造に用いた原料ブドウがBotrytis cinereaに感染していることを示唆する。ただし、対応するブドウ果汁中の酵素活性量を測定しても、酵素活性の増加と汚染ブドウ数が比例しないため、汚染割合を正確に判定する方法としては信頼性に欠ける。

参考文献

1. Solomon EI.; et al. Multicopper Oxidases and Oxygenases. Chemical Reviews. 1996, 96 (7): 2563-2606.