β-アミラーゼ

β-アミラーゼ

β-アミラーゼ（β-amylase、別名：デンプンβ-1,4-マルトシダーゼ）はアミラーゼの一種であり、大麦、小麦、サツマイモ、ダイズ等の高等植物およびバチルス属微生物に広く存在する。ビール醸造およびカラメル（麦芽糖シロップ）製造における主要な糖化剤である。Bacillus polymyxa や Bacillus megaterium などの微生物が産生するα-アミラーゼにより酸処理または液化したデンプン原料を糖化することで、マルトース含量60～70%の高マルトースシロップを製造できる。

図1．β-アミラーゼのタンパク質構造。

β-アミラーゼの由来

β-アミラーゼは主として高等植物、特に大麦・小麦等の穀類に存在し、サツマイモやダイズにも認められるが、動物には存在しない。現在、工業的に使用されるβ-アミラーゼは主に植物由来β-アミラーゼおよび微生物由来β-アミラーゼに大別される。植物由来β-アミラーゼは製造コストが高いことから、微生物由来β-アミラーゼの重要性が高まっている。1960年代以降、Bacillus megaterium、Bacillus polymyxa、ならびに Bacillus cereus のβ-アミラーゼが見出されているが、耐熱性は植物由来β-アミラーゼより低い。

性質

β-アミラーゼの活性中心にはスルフヒドリル基（-SH）が含まれるため、酸化剤、重金属イオン、スルフヒドリル試薬の一部により失活し得る。一方、還元型グルタチオンおよびシステインは保護作用を示す。β-アミラーゼの至適pH範囲はα-アミラーゼと概ね同様で、一般に5.0～6.5付近であるが、β-アミラーゼの安定性はα-アミラーゼより有意に低く、通常70℃以上で失活する。由来により安定性は大きく異なり、ダイズβ-アミラーゼの至適温度は約60℃、大麦β-アミラーゼは50～55℃である。細菌由来β-アミラーゼの至適温度は一般に50℃未満とされる。

機能

β-アミラーゼはエキソ型アミラーゼであり、デンプンに作用する際、非還元末端からα-1,4結合を順次切断し、加水分解産物はすべてマルトースとなる。加水分解過程で生成マルトース分子のC1位の立体配置がα型からβ型へ変化するため、β-アミラーゼと呼ばれる。β-アミラーゼはアミロペクチンのα-1,6結合を加水分解できず、分岐点を越えて反応を継続できないため、アミロペクチンの加水分解は不完全となり、高分子のβ-リミットデキストリンが残存する。アミロースを加水分解する場合、デンプン分子がグルコース単位の偶数個から構成されると最終加水分解物はマルトースのみとなり、奇数個から構成される場合はマルトースに加えて少量のグルコースを含む。β-アミラーゼがデンプンを加水分解する際は、常に分子末端から高分子のまま反応が進行するため粘度低下が緩徐であり、液化酵素としては適さない。一方、マルトデキストリンやマルトオリゴ糖等のデンプン加水分解物に対しては加水分解速度が非常に速いため、糖化酵素として用いられる。

急性膵炎

血清アミラーゼの上昇は急性膵炎で比較的高頻度に認められ、急性膵炎の重要な診断指標の一つである。発症後6～12時間で上昇し始め、24時間でピークに達し、48時間で低下を開始し、3～5日で正常化する。アミラーゼ活性の上昇程度は膵障害の程度と必ずしも相関しないが、上昇が大きいほど急性膵炎の可能性は高い。そのため、急性膵炎の診断指標として依然用いられているものの、特異度および感度は十分とはいえない。急性膵炎が疑われる場合、患者の血清および尿中アミラーゼ活性を継続的かつ動的に観察し、臨床所見および膵リパーゼ、トリプシン等の他検査と併せて総合的に診断する必要がある。

図2．急性膵炎。