アガラーゼ

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アガラーゼの系統名はアガロース4-グリコシルヒドロラーゼである。アガー分解菌に存在し、アガー異化（カタボリズム）経路における最初の酵素である。本酵素は、これらの細菌がアガーを主要な炭素源として利用できるようにし、海洋環境での生育を可能にする。アガラーゼがアガロース中のα結合またはβ結合のいずれを分解するかにより、アガロースはオリゴ糖へと分解され、α-アガラーゼまたはβ-アガラーゼに分類される。分泌された場合、α-アガラーゼにより生成するオリゴ糖は還元末端に3,6-アンヒドロ-L-ガラクトースを有し、一方、β-アガラーゼにより生成するオリゴ糖はD-ガラクトース残基を生じる。

図1. アガラーゼのタンパク質構造。

分類

アガーを分解可能なアガラーゼは、海洋をはじめとする各種環境から単離できる。作用様式の違いにより、アガラーゼはα-アガラーゼとβ-アガラーゼの2種類に分類される。アガラーゼの種類により生物学的特性は異なる。アガラーゼは、海藻単細胞の調製、海藻プロトプラストの調製、アガロオリゴ糖の調製、海藻多糖の構造解析、および分子生物学研究において重要な応用価値を有する。

作用機序

リアーゼの基質特異性に基づき、アガラーゼの作用機序は2種類に大別される。

第1の機序は、Pseudoalteromonas atlantica 由来のβ-アガラーゼ（ATCC 19292株）に関する研究に端を発する。本菌のエンド型β-アガラーゼIは、

β結合（EC 3.2.1.81）-(1,4)で連結したアガー高分子を切断し、オリゴ糖混合物を生成する。主生成物はネオアガロテトラオースである。続いて、これらのオリゴ糖は膜結合型のエキソ型β-アガラーゼII（β-Sepharase II）により加水分解され、ネオアガロビオースを生成する。最終的に、ネオアガロビオースは細胞質内のネオアガロビオース加水分解酵素により加水分解され、3,6-アンヒドロ-L-ガラクトースおよびガラクトースへと分解される。

第2の機序は、細胞外α-アガラーゼがα結合アガロース（1,3）を切断するものである。ネオアガロビオースを単位とするオリゴ糖を生成し、非還元末端にD-ガラクトースを生じる。

α-アガラーゼ

これまでに研究・報告されているα-アガラーゼは少数に限られる。1978年、グラム陰性の海洋細菌からアガラーゼが単離された。本酵素は硫酸アンモニウム沈殿後、DEAE-13-NMRセルロースカラムにより精製された。ペーパークロマトグラフィーにより、加水分解産物にアガロースおよびアガロースが含まれることが示された。

β-アガラーゼ

β-アガラーゼは、アガロースのサブユニット、または置換のないネオアガロース（3,6-アンヒドロ-α-L-ガラクトシル-1-3-D-ガラクトース）を切断し、ネオアガロオリゴ糖を生成する。β-アガラーゼIはアガロースを消化して、もはやゲル化しない糖鎖分子を形成すると同時に、捕捉されていたDNAを放出する。通常、残存する糖鎖分子またはβ-Sepharose Iは、その後の制限酵素消化、ライゲーション反応、形質転換反応などのDNA操作に影響を及ぼさない。

用途

• 海藻の酵素加水分解のためのツール酵素として使用

アガーは一部の紅藻類の細胞壁の重要成分であるため、アガラーゼは大型海藻を酵素的に加水分解して単細胞またはプロトプラストを得るためのツール酵素として使用できる。従来使用されてきた海藻細胞壁溶解酵素の多くは、海洋動物の消化器系から単離・調製されていた。

• 分子生物学における応用

アガラーゼを用いてアガロースゲルから回収する方法は、最良の手法の一つであることが示されている。

• アガロオリゴ糖の調製

アガーはアガラーゼにより加水分解され、三糖や四糖などのオリゴ糖を形成する。アガロオリゴ糖は食品製造において幅広い用途を有し、飲料、パン、および一部の低カロリー食品の製造に使用できる。

• 海藻多糖構造の研究に使用

一部の海藻多糖をアガラーゼで加水分解し、得られた加水分解産物の構造を決定した上で多糖の構造を推定することは、有効な手法である。

参考文献

1. Groleau D.; et al. Enzymatic hydrolysis of agar:purification and characterization of beta neoagarotetraose hydrolase from Pseudomonas atlantica. Can J Microbiol, 1977, 23(6): 672-697.
2. Bibb M J.; et al. The agarase gene(dag A) of Streptomyces coelicolor A3(2): affinity purification and characterization of the cloned gene product. J Gen Microbiol, 1987, 133(Pt 8):2 089-2 096.