アセチルキシランエステラーゼ

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ヘミセルロースは、開発と利用が必要な豊富で再生可能なバイオマス資源の一種です。ヘミセルロースを糖に分解してキシリトールやその他の化学物質を生産することは、バイオマス資源の利用における重要なステップです。アセチルキシランエステラーゼは、ヘミセルロースを分解する重要な酵素です。これは、アセチル化されたキシランのキシロース残基の位置2および3にあるOアセチル基を加水分解することができます。アセチルキシランは、農業や食品産業において広範な応用の可能性を持っています。

図1. アセチルキシランエステラーゼのタンパク質構造。

分類と微生物起源

アミノ酸配列の類似性に基づいて、異なる微生物由来のアセチルキシランエステラーゼは、それぞれCE（炭水化物エステラーゼ）ファミリー1-7および12に属します。アスペルギルス、ペニシリウム、シキゾフィルム、トリコデルマなどの真菌由来のアセチルキシランエステラーゼと、細菌由来のアセチルキシランエステラーゼは、CEファミリー1および5に属します。嫌気性細菌ネオカリマスティクス・パトリシアラム由来のアセチルキシランエステラーゼは、CEファミリー2、3および6に属し、ストレプトマイセス由来のアセチルキシランエステラーゼはCEファミリー4に属し、リゾビウムや一部の酵母のキチン脱アセチル化酵素と相同性があります。

アセチルキシランエステラーゼの酵素特性

一般的に、アセチルキシランエステラーゼの分子量は2348kDaの単量体酵素です。真菌および一部の細菌由来のほとんどのアセチルキシランエステラーゼは典型的な単量体酵素ですが、一部の好熱性嫌気性細菌由来のアセチルキシランエステラーゼR1はオリゴマーの形で存在します。異なる微生物由来のアセチルキシランエステラーゼの等電点、分子量、温度およびpH範囲は異なります。

熱安定性と最適反応温度

熱安定性は、酵素の工業利用を測定するための重要なパラメータです。異なる供給源からのアセチルキシランエステラーゼの最適反応温度は、主に45〜60°Cです。一部の好熱性細菌および特定の真菌から抽出されたアセチルキシランエステラーゼは、より高い最適反応温度を持っています。テングコンゲンシスから精製されたアセチルキシランエステラーゼの最適反応温度は60°Cに達し、後者は65°Cで100分間で約10%の酵素活性を失うだけで、良好な熱安定性を示しています。ストレプトマイセス・リビダンスから精製されたアセチルキシランエステラーゼの最適反応温度は70°Cにも達します。より高い最適反応温度と耐熱性は、酵素に大きな工業利用価値をもたらすため、より多くの好熱性アセチルキシランエステラーゼ遺伝子がまだ発見される必要があります。

アセチルキシランエステラーゼの最適pH

真菌由来のアセチルキシランエステラーゼの最適pHは主に弱酸性または中性ですが、細菌由来のアセチルキシランエステラーゼの最適pHは真菌よりもアルカリ性です。森吉らは、細菌E. subterraneusからクローニングされたアセチルキシランエステラーゼ遺伝子をE. coliで発現させ、その発現によって生成されたアセチルキシランエステラーゼの最適pHは8.0であったと報告しています。

アセチルキシランエステラーゼの活性に対する金属イオンの影響

温度やpHに加えて、金属イオンも酵素活性に大きな影響を与えます。工業用途において、特定の金属イオンが酵素に与える活性化または抑制も、酵素の工業利用を測定するための重要なパラメータです。研究によると、金属イオンは異なる供給源からのアセチルキシランエステラーゼに異なる影響を与えることが示されています。

応用

キシランの工業的分解は、しばしば酸またはアルカリ的方法を採用しますが、酸およびアルカリ加水分解プロセスはしばしば副反応を伴い、より多くの有毒物質を生成し、微生物発酵の後段に抑制効果を持ち、生成される酸およびアルカリ廃液はより大きな環境圧力を引き起こします。したがって、キシランの酵素的分解は、その穏やかで環境に優しい利点から、将来的にキシランの分解の主要な方法となるでしょう。アセチルキシランエステラーゼは、ヘミセルラーゼファミリーのメンバーの一つとして、良好な応用の見通しを持っています。工学的な細菌構築の観点から、アセチルキシランエステラーゼの研究は、高収率で優れた相乗効果を持つヘミセルラーゼ工学細菌の構築にとって大きな意義があります。工業用途において、アセチルキシランエステラーゼはエンドキシラン酵素およびB-キシロシダーゼと相乗的に作用し、ヘミセルロースを完全にキシロースに分解し、さらにキシリトールに変換することができます。さらに、一部のアセチルキシランエステラーゼはキチンのアセチル基として使用できるため、酵素的手法でキトサンを調製することができ、医療、繊維、紙、化粧品などで広範な応用の見通しを持っています。

参考文献

1. Pouvreau L.; et al. Characterization and mode of action of two acetyl xylan esterases from Chrysosporium lucknowense C1 active towards acetylated xylans. Enzyme andMicrobial Technology, 2011, 49(3): 312-320.