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アルギン酸リアーゼ

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公式フルネーム
アルギン酸リアーゼ
背景
酵素学において、ポリ（β-D-マンヌロン酸）リアーゼ（EC 4.2.2.3）は、次の化学反応を触媒する酵素です：β-D-マンヌロン酸残基を含む多糖類の脱水素的切断により、末端に4-デオキシ-α-L-エリスロ-ヘキス-4-エノピラノース基を持つオリゴ糖を生成します。この酵素はリアーゼのファミリーに属し、特に多糖類に作用する炭素-酸素リアーゼです。この酵素はフルクトースとマンノースの代謝に関与しています。
同義語
アルギン酸リラーゼ I; アルギン酸リラーゼ; アルギナーゼ I; アルギナーゼ II; アルギナーゼ; ポリ (β-D-1#4-マンヌロン酸) リラーゼ; EC 4.2.2.3; 40591-57-9

関連する読書

はじめに

アルギン酸は乾燥重量の約40%を占め、褐藻類で最も豊富な多糖類です。これは、β-D-マンヌロン酸（M）とα-L-グルロン酸（G）からなる単量体ユニットによって形成されます。これらのユニットは、ポリβ-D-マンヌロン酸（ポリM）、ポリα-L-グルロン酸（ポリG）、およびヘテロポリマー（ポリMG）の3つの異なるブロックで結合しています。一部の細菌はアルギン酸を合成することができ、抗生物質や干ばつなどの有害な要因にさらされると、アルギン酸は保護的な役割を果たすことがあります。アルギン酸オリゴ糖は、アルギン酸リラーゼまたは物理化学的手法によるアルギン酸の脱重合の産物です。現在、食品および製薬産業での広範な応用により、ますます注目を集めています。同様に、アルギン酸の穏やかな分解のためのアルギン酸リラーゼもさまざまな分野で注目されています。アルギン酸リラーゼは、グリコシド結合のβ-脱離によってアルギン酸を分解し、非還元末端に二重結合を持つ不飽和オリゴ糖を生成します。現在、アルギン酸リラーゼ、特に内切型アルギン酸リラーゼは、アルギン酸オリゴ糖の生産、赤藻および褐藻のプロトプラストの調製、アルギン酸の微細構造の解明に広く使用されています。さらに、アルギン酸リラーゼは細菌の多糖類バイオフィルムを分解することもでき、嚢胞性線維症の治療において大きな可能性を示しています。

出所と分類

アルギン酸リラーゼは、海藻、海洋軟体動物、さまざまな海洋および陸上の細菌など、さまざまなソースから分離されています。さらに、一部のリラーゼは真菌やウイルスからも分離されています（表1）。基質特異性に応じて、アルギン酸リラーゼは2つのカテゴリに分類できます。一つはGブロック特異的リラーゼ（ポリGリラーゼ、EC4.2.2.11）、もう一つはMブロック特異的リラーゼ（ポリMリラーゼ、EC4.2.2.3）です。作用モードの違いに応じて、内切型および外切型アルギン酸リラーゼに分けることができます。内切型アルギン酸リラーゼは、アルギン酸ポリマー内のグリコシド結合を切断して不飽和オリゴ糖を放出し、外切型アルギン酸リラーゼはオリゴ糖をモノマーにさらに分解する役割を担います。一次構造の疎水性クラスターの分析に基づいて、アルギン酸リラーゼは7つの多糖リラーゼ（PL）ファミリー、PL-5、-6、-7、-14、-15、-17、-18に分類できます。内切型の細菌由来のアルギン酸リラーゼの一部はPL-5およびPL-7に割り当てられています。海洋軟体動物およびウイルスから分離されたリラーゼはPL-14ファミリーに集められています。細菌由来のアルギン酸リラーゼのほとんどはPL-5、-7、-15および-17ファミリーに分類されます。二機能性アルギン酸リラーゼはPL-18ファミリーに属し、他のリラーゼは他の6つのファミリーに散在しています。さらに、アルギン酸リラーゼは分子量に基づいて、小型（25-30 kDa）、中型（約40 kDa）、大型（> 60 kDa）の3つのカテゴリに分けることができます。

さまざまなソースからの異なるPLファミリーのアルギン酸リラーゼとその基質特異性 表1. さまざまなソースからの異なるPLファミリーのアルギン酸リラーゼとその基質特異性 (Zhu, B.W.; Yin, H. 2015)

基質特異性

アルギン酸はM-M、M-G、G-G、G-Mの4種類の結合から成り、それぞれの結合の程度は異なります。アルギン酸リラーゼは、異なるタイプの基質に対する優先的な切断作用に基づいて分類されます（図1参照）。Mが豊富なアルギン酸を好むアルギン酸リラーゼはポリMリラーゼ（EC 4.2.2.3）に分類され、Gが豊富なアルギン酸を好むリラーゼはポリGリラーゼ（EC 4.2.2.11）に分類されます。アルギン酸リラーゼはポリMリラーゼまたはポリGリラーゼと呼ばれることがありますが、一般的に他のホモポリマーに対しては中程度または低いプロセシビティを示します。現在、これらの問題は高精度かつ高感度の技術を使用して解決されています。現在、特定の基質特異性を持つアルギン酸リラーゼに関する報告がいくつかあり、ATCC43367由来のリラーゼはM-M結合のみを切断することが報告されています。海洋軟体動物Laambis spから分離されたアルギン酸リラーゼはポリGに対してのみ高い活性を示しました。しかし、一部のアルギン酸リラーゼはポリMとポリGの両方に対して活性を示し、これらのリラーゼは二機能性リラーゼと見なされます。例えば、Pseudoalteromonas sp. SM0524由来のアルギン酸リラーゼAlySJ-02、Pseudoalteromonas sp. IAM14594由来のAlyPEEC、Pseudoalteromonas atlantica AR06由来のAlyA、Pseudoalteromonas sp. 272由来のAlyなどです。

アルギン酸リラーゼの基質特異性と分解産物の構造 図1. アルギン酸リラーゼの基質特異性と分解産物の構造 (Zhu, B.W.; Yin, H. 2015)

References

  1. Wong, T.Y.; et al. Alginate Lyase: Review of Major Sources and Enzyme Characteristics, Structure-Function Analysis, Biological Roles, and Applications. Annual Review of Microbiology. 2000, 54(1): 289-340.
  2. Zhu, B.W.; Yin, H. Alginate lyase: Review of major sources and classification, properties, structure-function analysis and applications. Bioengineered. 2015, 6(3): 125-131.
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