α-グルコシダーゼ

α-グルコシダーゼ（α-D-グルコシダーゼとも呼ばれる）は、α-グリコシド結合を有する基質の非還元末端からα-グルコースを加水分解により遊離させる反応を触媒する酵素群の総称である。オリゴ糖基質の非還元末端からα-1,4-グルコシド結合を切断してグルコースを放出するほか、遊離グルコース残基を別の糖質基質へ転移してα-1,6-グルコシド結合を形成し、非発酵性のイソマルトオリゴ糖、糖脂質、糖ペプチド等を生成する。自然界のあらゆる生物に広く存在し、種類が多く性質も多様である。α-グルコシダーゼ産生菌株のスクリーニングおよび酵素製剤の工業的製造が進展して以降、イソマルトオリゴ糖の製造等の分野で利用され、国内外の食品産業から高い関心を集めている。

由来

α-グルコシダーゼは自然界に広く分布し、ほぼすべての生物に存在する。これまでに見出されたα-グルコシダーゼの大部分は、植物および動物由来の一部を除き、微生物由来である。細菌、糸状菌、酵母などの一部菌株はα-グルコシダーゼを分泌する。その中でも Aspergillus niger は生産性が高く、市販されているα-グルコシダーゼ製品の多くは Aspergillus niger の発酵により製造されている。

性状

α-グルコシダーゼの相対分子質量は一般に40,000～150,000の範囲にあるが、由来により大きく異なる。同属の異なる菌株間、あるいは同一植物の組織間でも顕著な差が認められる。これまでに見出されたα-グルコシダーゼの等電点は概ね酸性域にあり、一般に3.0～5.0の範囲で大きな変動はないが、至適pHは7.0を超える場合もある。多くのα-グルコシダーゼは高い熱安定性と高い至適温度を示し、工業用途に有利である。熱安定性はアミノ酸組成、とりわけ酵素分子内の疎水性アミノ酸の増加と関連する可能性がある。グリシン、アラニン、プロリン、ロイシン等の疎水性アミノ酸残基が増加すると熱安定性が向上し得るが、これは疎水性相互作用の強化により酵素分子の三次元構造がより強固になるためと考えられる。α-グルコシダーゼは結合特異性酵素に分類され、糖質基質分子内のα-1,4-グルコシド結合を特異的に切断する。一部のα-グルコシダーゼはα-1,2-グルコシド結合にも作用し得る。このため一般に、基質に対する要求は比較的厳密ではなく、基質特異性の範囲は広い。

触媒機構

α-グルコシダーゼは、末端の非還元性（1→4）結合α-グルコース残基を加水分解し、単一のα-グルコース分子を遊離させる。α-グルコシダーゼはβ-グルコースではなくα-グルコースを遊離する糖質加水分解酵素である。機能的に類似する酵素であるグルコアミラーゼはβ-グルコース残基を遊離し得る。α-グルコシダーゼの基質選択性は、活性部位におけるサブサイト親和性に起因する。提唱されている機構として、求核置換反応およびオキソカルベニウムイオン中間体を経由する反応の2つがある。

代謝機構

α-グルコシダーゼには主としてマルターゼ、スクラーゼ、イソマルターゼ、ラクターゼ等が含まれ、主に腸上皮の刷子縁に分布し、糖の異化に重要な役割を担う。多糖は口腔内の唾液および膵アミラーゼにより、少数のグルコース分子を含むオリゴ糖へ消化される。続いてα-グルコシダーゼがこれらオリゴ糖の非還元末端におけるα-1,4-グリコシド結合を切断し、グルコースを遊離する。遊離したグルコースは小腸から吸収され血中循環へ移行し、血糖となる。生理的状態では小腸の上部・中部・下部のいずれにもα-グルコシダーゼが存在するが、吸収の主体は上部である。

精製方法

硫酸アンモニウム沈殿法は、α-グルコシダーゼの初期精製に頻用される手法である。硫酸アンモニウムによる沈殿は酵素活性への影響が比較的小さく、得られた沈殿を長期保存できるためである。また、タンパク質の構造は多様であり、硫酸アンモニウムによる沈殿開始濃度および完全沈殿濃度が異なることから、粗抽出・前処理（プレ精製）として利用し、混在タンパク質の大部分を除去できる。硫酸アンモニウム沈殿法は簡便である一方、分離能が低く精製倍率が高くなりにくいこと、さらに酵素画分に多量の塩が混入するため、精製工程では追加の脱塩が必要となる。アセトン沈殿法は分離能が高いことを特徴とし、α-グルコシダーゼの初期精製における別の一般的手法である。粗酵素に対して冷却アセトンを体積比1.0～1.5倍量で直接添加して沈殿させる条件が比較的良好であり、タンパク質性不純物および色素成分を大量に除去できる。特にアセトンと酵素の体積比が1:2の場合、精製倍率および収率が比較的高い。したがって、硫酸アンモニウム（40～60%）による塩析法とアセトン法を組み合わせることは、α-グルコシダーゼの精製により有用である。