α-アミラーゼ

アルファアミラーゼ（α-アミラーゼ、E.C.3.2.1.1）は、デンプンやグリコーゲンの内部α-1,4-グリコシド結合の加水分解を触媒する酵素であり、グルコース、マルトース、マルトトリオースユニットを生成します。これは、人間や他の哺乳類に見られる主要なアミラーゼの形態です。また、多くの真菌によって分泌され、デンプンを食料備蓄として含む種子にも存在します。アミラーゼは最も重要な酵素の一つであり、バイオテクノロジーにとって非常に重要であり、食品、発酵、繊維、紙、洗剤、製薬産業などの多くの産業プロセスに応用の可能性を持つ約25％の世界酵素市場を構成する産業酵素のクラスを形成しています。

出典

アミラーゼは動物、真菌、植物に広く分布しており、単細胞真核生物、細菌、古細菌にも見られます。唾液中のα-アミラーゼであるプチアリン（α-1,4-α-D-グルカン-4-グルカノヒドロラーゼ）は、唾液中で最も重要な酵素の一つです。これは、口腔内でのデンプンの消化の開始に主に関与していることが知られています。α-アミラーゼの真菌源は、主にAspergillus種に限られ、Penicilliumのいくつかの種、特にP. brunneumに限られています。商業的なα-アミラーゼの生産に主に使用される真菌源は、Aspergillus sppの株です。Aspergillus oryzae、A. niger、およびA. awamoriは、他のいくつかの種の中で商業生産に最も一般的に使用される種です。α-アミラーゼは異なる細菌種によって生成されることがありますが、商業用途では主にBacillus属から得られます。Bacillus licheniformis、Bacillus stearothermophilus、およびBacillus amyloliquefaciensから生成されたα-アミラーゼは、食品、発酵、繊維、紙産業などの多くの産業プロセスでの応用の可能性があります。植物源は、これらの酵素の源として十分な重要性が考慮されていませんでした。

構造

微生物のα-アミラーゼの特性には広範な違いがありますが、分子量は通常40-70 kDaの範囲にあり、Chloroflexus aurantiacusのα-アミラーゼの最高分子量は210 kDaです。一方、Bacillus caldolyticusのα-アミラーゼは、最も低い値として10 kDaが報告されています。異なる生物からのα-アミラーゼは、約30％のアミノ酸配列の同一性を共有し、すべて同じグリコシルヒドロラーゼファミリー13（GH-13ファミリーのタンパク質）に属します。

アミラーゼは基質に結合する能力を持つ三次元構造を持ち、高度に特異的な触媒群の作用によってグリコシド結合の破壊を促進します。ヒトのα-アミラーゼは、512のアミノ酸からなる単一のオリゴ糖鎖を持つカルシウム含有酵素で、分子量は57.6 kDaです。このタンパク質は、A、B、Cの3つのドメインを含んでいます。これらのドメインは一般的にすべてのα-アミラーゼ酵素に見られます。Aドメインはコア構造を構成し、(β/α)8-バレルを持っています。Bドメインは、対向する2つのβストランドのペアを持つ4つの逆平行βストランドのシートで構成されています。βストランドの間には長いループが観察されます。Bドメイン内にはCa²⁺-Na⁺-Ca²⁺の結合部位があります。8つのβストランドからなるCドメインは、ギリシャの鍵のモチーフを形成する球状ユニットに組み立てられています。また、ドメインAと関連して第3のCa²⁺結合部位を保持しています。ドメインAの(β/α)8-バレルのβストランドのC末端側には活性部位があります。

生産

沈殿発酵（SmF）と固体状態発酵（SSF）は、商業規模でα-アミラーゼを生産するために使用される2つの主要な方法です。SmFは、モラセスやブロスなどの自由に流れる液体基質を使用します。発酵で生成された製品は、発酵ブロスに分泌されます。基質は非常に迅速に利用されるため、常に補充する必要があります。この発酵技術は、成長に高い水分含量を必要とする微生物、例えば細菌に適しています。SmFは、液体形態で使用する必要がある二次代謝物の抽出に主に使用されます。SSFは、成長に少ない水分含量を必要とする微生物に使用される方法です。この方法で一般的に使用される固体基質は、ふすま、バガス、紙パルプです。この方法の主な利点は、栄養豊富な廃棄物材料を簡単にリサイクルして基質として使用できることです。したがって、SSFは酵素の商業生産において有望な方法と見なされています。

産業応用

α-アミラーゼの最も広範な応用はデンプン産業にあり、デンプンをフルクトースやグルコースシロップに変換するデンプン液化プロセスでのデンプン加水分解に使用されます。洗剤の配合における酵素の使用は、洗剤の頑固な汚れを取り除く能力を高め、環境に優しい洗剤を作ります。アミラーゼは、酵素洗剤の配合に使用される2番目のタイプの酵素であり、すべての液体洗剤の90％がこれらの酵素を含んでいます。繊維産業では、デンプンを加水分解し溶解させるためにアルファアミラーゼが広く使用されており、その後、布から洗い流されて最終製品の硬さを増加させます。アメリカ、ロシア、ヨーロッパ諸国の70％以上のパンにはアルファアミラーゼが含まれています。アミラーゼはベーカリー製品において重要な役割を果たします。これらの酵素は、パンの生地に添加され、粉のデンプンをより小さなデキストリンに分解し、その後酵母によって発酵されます。生地にα-アミラーゼを添加すると、発酵速度が向上し、生地の粘度が低下し、製品の体積と質感が改善されます。

参考文献