酵素とは何か？

酵素は高分子の生体触媒である

「酵素（enzyme）」という語は、ギリシャ語の en（中に）＋ zyme（発酵）に由来します。酵素の商業的利用に関する最古の記録例の一つは、ハンムラビ法典（古代バビロニア、紀元前2100年頃）に記載されたワイン醸造の実務に見いだされます。古代の人々はすでに、発酵において微生物を酵素源として利用することを学んでいました。この活動は古代バビロニアに限られず、ローマ、ギリシャ、エジプト、インド、中国といった初期文明にも広く知られ、世界各地へと広がりました。酵素のもう一つの古い利用例は乳製品です。人々は新鮮な乳を一定期間保存するために複数の動物の胃に入れて保管しましたが、そこには「レンネット」と呼ばれる酵素が含まれており、乳をチーズへと凝固させることができます。これらは、酵素が生体触媒として機能し、生体反応の速度を高めることを示す好例です。

酵素の構造

酵素は一般にタンパク質であり、単独で作用する場合もあれば、他の酵素とともに大規模な複合体を形成して機能する場合もあります。酵素は他のタンパク質と同様、アミノ酸が長い鎖状に連なり、それが折りたたまれて特異的に秩序立った三次元構造を形成します。各酵素は、数百から最大で100万個程度のアミノ酸が、糸に通した真珠のように配列して構成されています。酵素の構造と機能はアミノ酸配列によって規定されます。各酵素に固有の三次元構造が、その酵素の機能を決定します。アミノ酸配列のわずかな変化であっても、三次元構造および酵素機能に明確な影響を及ぼし得ます。なお、少数ながらタンパク質ではなく、小型の触媒活性を有するリボヌクレオチド分子、すなわちRNAから構成される酵素も存在します。

一部の酵素は補助なしに触媒機能を発揮できますが、別の非タンパク質性成分である補因子（cofactor）を必要とする酵素もあります。補因子には、Mg²⁺ や Zn²⁺ などの無機イオンが含まれる場合があり、また有機分子または金属有機分子から成る場合もあり、これらは補酵素（coenzyme）とも呼ばれます。

酵素の特異性を生むものは何か？

酵素は数百から数百万のアミノ酸からなる巨大分子ですが、生化学反応の触媒に実際に関与するのは酵素のごく一部であり、これを「活性部位（active site）」と呼びます。酵素の三次元構造が活性部位の形状および性質を規定します。生体基質（substrate）とは酵素によって触媒される物質を指し、反応が起こるためには、その形状が活性部位に正確に適合する必要があります。酵素と基質は鍵と鍵穴のように適合し、適切な形状をもつ基質のみが酵素によって変換されます。これが、酵素作用の特異性をもたらす要因です。

ここでは、酵素の定義、分類および機能を通じて、酵素とは何かを包括的に理解できるようにします。

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