アルカリ性プロテアーゼ

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アルカリプロテアーゼとは、アルカリ条件下でタンパク質のペプチド結合を加水分解できる酵素を指し、至適pHは9～11の範囲にある。洗剤、食品、医療、醸造、絹、皮革なめし等の産業分野で広く利用されている。

図1．アルカリプロテアーゼのタンパク質構造。

概要

アルカリプロテアーゼはセリンプロテアーゼとも呼ばれる。代表的なものとして、NovoプロテアーゼおよびCarsbergプロテアーゼの2種がある。両者は性質および構造が類似しており、それぞれ275および274残基のアミノ酸からなる単一のポリペプチド鎖で構成される。pH6～10で安定である一方、pH6未満またはpH11を超えると速やかに失活する。活性中心にセリン残基を含むため、セリンプロテアーゼと称される。ペプチド結合の加水分解に加え、アミド結合およびエステル結合の加水分解、エステル交換反応、トランスペプチド化反応等の機能も有する。酵素の基質特異性により、加水分解できるのはタンパク質に限られ、デンプンや脂質等は分解しない。外観は一般に粉末状であり、一部はマイクロスフェア状である。

由来

アルカリプロテアーゼの主な供給源は微生物由来の抽出物である。研究および産業応用の主要な供給源はBacillus属であり、とりわけBacillus subtilisが多い。その他、Streptomyces属等の少数の菌種もある。天然株は生産性、酵素活性、安定性が工業生産要件を満たさないことが多く、菌株のスクリーニングおよび改良が必要となる。一般的な手法として、突然変異誘発、遺伝子工学、タンパク質工学、芽胞の熱処理等が用いられる。主な目的は、酵素活性、安定性（耐熱性および耐アルカリ性）、耐酸化性および耐キレート性の向上である。

用途

主な用途分野：洗剤、皮革なめし、絹、飼料、医薬、食品、環境保全等。

本酵素の利用は主として、タンパク質のペプチド結合を加水分解する機能に基づく。生産および日常用途における主なニーズは以下のとおりである。

• 複雑な高分子タンパク質構造を、吸収または洗浄が容易な低分子ペプチド鎖またはアミノ酸へと分解する（食品、洗剤、飼料等の分野）。
• タンパク質構造を部分的に破壊し、材料成分を分離する。皮革や絹などタンパク質含量の高い材料の加工において有効である。
• 環境汚染物質の分解を促進し、環境保全分野で利用される。
• プロテアーゼは加水分解反応を触媒するだけでなく、逆反応も触媒し得る。高い活性および特異性を有するため、医薬品産業における特定分子の製造ニーズに適している。

適用例

• 大豆ポリペプチドおよび大豆リン脂質を用いた機能性食品へのアルカリプロテアーゼの応用

大豆タンパク質（分離大豆タンパク、大豆タンパク濃縮物等）を加水分解して大豆ペプチドとし、大豆タンパク質の溶解性および機能特性を向上させる。飲料、乳製品、高齢者・乳幼児向け食品におけるタンパク質補給および栄養補助として利用できる。

• 皮革産業におけるアルカリプロテアーゼの応用

アルカリプロテアーゼは脱毛剤として使用できる。なめし皮は清浄に脱毛され、銀面が明瞭で、顕著な損傷がなく、毛穴が細かく明るい仕上がりとなる。

• 医薬原料の抽出におけるアルカリプロテアーゼの応用

アルカリプロテアーゼは、ヘパリンおよびコンドロイチン硫酸の抽出に使用できる。