β-アミラーゼ

β-アミラーゼ

β-アミラーゼ（β-amylase）、別名でデンプンβ-1,4-マルトシダーゼとも呼ばれ、アミラーゼの一種であり、大麦、小麦、サツマイモ、大豆などの高等植物やバチルス微生物に広く存在します。ビール醸造やキャラメル（モルトシロップ）製造の主要な糖化剤です。酸性化またはα-アミラーゼによって液化されたデンプン材料を糖化することで、60%から70%のマルトース含量を持つ高モルトシロップを製造することができます。

図1. β-アミラーゼのタンパク質構造。

β-アミラーゼの供給源

β-アミラーゼは主に高等植物、特に大麦や小麦などの穀物に見られ、サツマイモや大豆にも存在しますが、動物には存在しません。現在、産業で使用されているβ-アミラーゼは主に植物由来のβ-アミラーゼと微生物由来のβ-アミラーゼを含みます。植物由来のβ-アミラーゼの生産コストが高いため、微生物由来のβ-アミラーゼの重要性が高まっています。1960年代以降、バチルス・メガテリウムやポリミクサ細菌、バチルス・セレウスのβ-アミラーゼが発見されましたが、これらの熱耐性は植物由来のβ-アミラーゼよりも低いです。

特性

β-アミラーゼの活性中心にはチオール基（-SH）が含まれているため、一部の酸化剤、重金属イオン、チオール試薬がそれを不活性化する可能性がありますが、グルタチオンやシステインは保護効果があります。β-アミラーゼとα-アミラーゼの最適pH範囲は基本的に同じで、一般的には約5.0〜6.5ですが、β-アミラーゼの安定性はα-アミラーゼよりも著しく低く、一般的には70℃以上で不活性化されます。異なる供給源からのβ-アミラーゼの安定性も大きく異なります。大豆のβ-アミラーゼの最適温度は約60℃であり、大麦のβ-アミラーゼの最適温度は50〜55℃であり、細菌由来のβ-アミラーゼにとって最も適した温度は一般的に50℃未満です。

機能

β-アミラーゼはエキソアミラーゼであり、デンプンに作用する際に非還元末端からα-1,4結合を切断し、加水分解物はすべてマルトースになります。アミラーゼが加水分解過程で加水分解物のマルトース分子のC1の立体配置をアルファ型からベータ型に変えるため、β-アミラーゼと呼ばれます。β-アミラーゼはアミロペクチンのα-1,6結合を加水分解することはできず、分岐点を越えて加水分解を続けることもできないため、アミロペクチンの加水分解は不完全であり、大きな分子のβ-リミットデキストリンが残ります。β-アミラーゼがアミロースを加水分解する際、デンプン分子が偶数のグルコース単位で構成されている場合、最終的な加水分解物はすべてマルトースになります。デンプン分子が奇数のグルコース単位で構成されている場合、最終的な加水分解物にはマルトースに加えて少量のグルコースが含まれます。β-アミラーゼがデンプンを加水分解する際、常に分子の端から始まる大きな分子が存在するため、粘度はゆっくりと減少し、液化酵素として使用することはできませんが、β-アミラーゼはマルトデキストリンやマルトオリゴ糖などのデンプン加水分解物を加水分解する際、加水分解速度は非常に速いため、糖化酵素として使用されます。

急性膵炎

急性膵炎では血清アミラーゼの増加がより一般的であり、急性膵炎の重要な診断指標の一つです。発症後6〜12時間で活動が増加し、24時間でピークに達し、48時間で減少し、3〜5日後に正常に戻ります。アミラーゼ活性の増加の程度は膵臓の損傷の程度と必ずしも関連しているわけではありませんが、増加の程度が大きいほど急性膵炎の可能性が高くなるため、アミラーゼは急性膵炎の診断指標として依然として好まれていますが、その特異性と感度は十分ではありません。急性膵炎が疑われる場合、患者の血清および尿アミラーゼ活性を継続的かつ動的に観察し、臨床状態や他の検査（膵リパーゼ、トリプシンなどの測定）と組み合わせて診断を行う必要があります。

図2. 急性膵炎。