アミノペプチダーゼ

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アミノペプチダーゼはエキソプロテアーゼの一種であり、タンパク質およびポリペプチドのN末端からアミノ酸残基を選択的に切断して遊離アミノ酸を生成する。プロテアーゼは作用部位の違いにより、エンドプロテアーゼとエキソプロテアーゼの2つに大別される。エキソプロテアーゼはさらに、アミノペプチダーゼとカルボキシペプチダーゼに分類される。

図1．アミノペプチダーゼのタンパク質構造。

分類

アミノペプチダーゼには多様な種類が存在し、異なる特性に基づいて分類することは、アミノペプチダーゼの理解に有用である。基質特異性、細胞内局在、触媒特性、至適pHなど、分類方法は多岐にわたる。以下に主な分類方法を示す。

(1) アミノペプチダーゼの基質特異性の違いに基づく分類では、2つに大別される。1つは厳密な基質特異性を有し、特定のアミノ酸、またはそれに類似する1種のアミノ酸のみを特異的に加水分解するタイプである。もう1つは基質スペクトルが広く、多くのアミノ酸を加水分解できるタイプであり、一般に最適反応基質に基づいて命名される。

(2) 触媒機構の違いに基づく分類では、アミノペプチダーゼはメタロ型、システイン型、セリン型の3種類に分類される。報告例の大半はメタロアミノペプチダーゼであり、全体の約70%を占める。

(3) 至適pHに基づく分類では、酸性、中性、アルカリ性の3種類に分類される。一般に、至適pHが2.0～6.0のものを酸性アミノペプチダーゼ、pH 6～8のものを中性アミノペプチダーゼ、pH 8.5以上のものをアルカリ性アミノペプチダーゼと呼ぶ。細菌由来のアミノペプチダーゼの多くはアルカリ性である。アミノペプチダーゼの至適反応pHは一般に6～9であり、この範囲外のものは少数である。

(4) 細胞内局在に基づくと、細胞質に存在するもの、グラム陽性菌の一部で細胞壁に存在するもの、ならびに少数ながら膜結合性を示すものがある。

由来

プロテアーゼの一種として、アミノペプチダーゼは哺乳類、植物、微生物など、さまざまな生物種に広く存在する。動物では、日本の研究者であるAkihiro Okitaniが、ウサギ骨格筋からアミノペプチダーゼ活性を有するタンパク質分解酵素を初めて単離し、「BANA hydrolase H」と命名した。これに先立ち、中国の研究者Mei Chuanshengらは、植物由来アミノペプチダーゼを初めて報告し、イネ葉の老化過程における当該酵素の変動を検討した。アミノペプチダーゼ研究の進展に伴い、植物および動物由来のアミノペプチダーゼが次々と報告されている。

用途

• タンパク質加水分解物の苦味除去

タンパク質高分子が酵素消化を受けると、ペプチド鎖中の疎水性アミノ酸が露出し、味蕾に作用して苦味を呈する。そのため、プロテアーゼ加水分解後のタンパク質加水分解物は通常、苦味を示す。アミノペプチダーゼによりタンパク質酵素分解液をさらに加水分解することで、苦味を除去できることが報告されている。

• タンパク質の深度加水分解

プロテアーゼと併用することで、タンパク質の加水分解度を大幅に高めることができる。醤油醸造、チーズ製造などのタンパク質加水分解製品の製造工程において、タンパク質の利用率向上およびコスト削減に寄与する。例えば、Cui ChunおよびZhao Moumingは、フレーバープロテアーゼ（プロテアーゼとアミノペプチダーゼの複合酵素）を用いてブルーガーデンフィッシュジンセンタンパク質を深度酵素加水分解した。酵素加水分解6時間後のタンパク質利用率は83.3%に達し、21時間で加水分解度は59.7%に達した。

• 生理活性ペプチドの調製

生理活性ペプチドの多くは細胞増殖因子である。体内含量は極めて低い一方で生物活性は非常に高く、多様な細胞の生理機能および代謝活動において生体調節作用を担う。健康維持や美容に資する機能も有する。タンパク質の酵素加水分解を制御して特定の活性ペプチドを得ることは、安全かつ効率的な活性ペプチド調製法である。Liu Communicationらは、まずプロテアーゼで分離大豆タンパク質を加水分解し、その後アミノペプチダーゼで加水分解した。研究の結果、プロテアーゼ単独加水分解と比較して、製品中のペプチド含量を約12%増加させ得ることが示された。

• 医療分野における特殊用途

プロリナーゼは、神経毒性化学剤および有機リン系農薬を効果的に除去でき、医療用解毒剤として、また環境消毒剤として利用可能である。ロイシルアミノペプチダーゼは、タンパク質配列決定のための分子ツールとしても使用できる。

参考文献

1. Karmen A.; et al. Transaminase activity in human blood. The Journal of Clinical Investigation. 1955, 34 (1): 126–31.
2. Giannini EG.; et al.. Liver enzyme Aminopeptidaseeration: a guide for clinicians. Canadian Medical Association Journal. 2005, 172 (3): 367–79.