ブロメライン

ブロメラインはチオールプロテアーゼに属し、パイナップルから抽出されるタンパク質分解酵素で、主として茎および果実に存在する。抽出部位により、茎由来ブロメライン（EC 3.4.22.4 または EC 3.4.4.24）および果実由来ブロメライン（EC 3.4.22.5）に分類される。ブロメラインは高い生体触媒活性を有するため、酵素精製技術の継続的な進展に伴い、各種産業分野で広く利用されている。バイオケミカル分野では、チーズ、ゼラチン、加水分解タンパク質の製造に使用できる。食品産業では、食肉の軟化やビールの清澄化を目的とした食品添加物として使用される。医薬品産業では、フィブリンおよび血栓を溶解し得ることから、浮腫および各種炎症の治療に用いられる。ブロメラインは正常組織に対して無害であり、皮膚移植にも影響を及ぼさないため、限局した範囲の深達性熱傷の治療に適している。

分子構造

ブロメラインは、少なくとも5種類のタンパク質分解酵素を含む、分子量および分子構造の異なる複数の酵素から構成される酵素系である。さらに、一部のブロメラインには、ホスファターゼ、ペルオキシダーゼ、セルラーゼ、グリコシダーゼおよび非タンパク質性物質が含まれる。ブロメラインは糖タンパク質であり、その分子構造中に、キシロース、フコース、マンノースおよびN-アセチルグルコサミンからなるオリゴ糖鎖を有する。IshiharaおよびYasuda らは、それぞれブロメラインのオリゴ糖分子の構造を推定している。

図1．IshiharaおよびYasuda らにより推定されたブロメラインのオリゴ糖分子の分子構造。

特性

ブロメラインの等電点は9.55であり、酵素溶液の最大吸収波長は280 nmである。複数の酵素分子から構成されるため、ブロメラインの触媒基質は多岐にわたる。タンパク質、ペプチド、エステルおよびアミドを分解し、そのタンパク質分解活性はパパインの10倍以上である。ブロメラインの触媒作用に必須の官能基はオリゴ糖鎖ではなく、ペプチド鎖中のスルフヒドリル基である。さらに、ブロメラインの分子構造中のカルボキシル基およびヒドロキシル基も、酵素活性とは独立している。ブロメラインの触媒活性は、pH、温度、金属イオン、EDTAおよび還元剤の影響を受けやすい。至適pHは7.1、最も安定なpH範囲は3.9～4.2、至適反応温度は55℃である。Mg²⁺およびCa²⁺は高濃度ではブロメライン活性を阻害するが、低濃度では促進作用を示す。EDTAはブロメライン反応に必要な金属イオンをキレートし、ブロメライン活性を低下させる。システイン塩酸塩は、一定の濃度範囲内で酵素反応速度を促進する。

安定性

ブロメラインは多酵素系である。各酵素の安定性が異なるため、外部環境変化に対するブロメラインの適応範囲は狭く、これは産業生産に大きな制約を課す要因となる。ブロメラインの安定性に影響する因子は、温度や湿度など多岐にわたる。ブロメラインは高温および低温で失活し得る。4℃で6か月保存した場合の酵素活性の低下率は5%～10%であり、常温では10%～15%に達する。高温条件下では、空気中の水分が増加することでブロメライン構造の柔軟性が高まり、自己加水分解能が増強され、その結果、変性過程が加速される。一部の金属イオン、有機カルボン酸塩、単糖類などは、三次元立体構造を安定化することにより、一定程度ブロメラインを安定化し得る。さらに、未修飾のポリエチレングリコールはブロメラインに結合せず、反応系におけるブロメラインと触媒基質との結合を阻害するため、酵素活性を低下させる。しかし、コハク酸無水物で活性化したポリエチレングリコールによりブロメラインを化学修飾すると、修飾酵素の安定性は天然型ブロメラインと比較して大幅に改善される。

用途

• 医療分野におけるブロメラインの応用

ブロメラインは、単胃動物における下痢の予防および治療に有効である。ブロメラインはそのタンパク質分解機能により、動物腸管内の病原性菌株の受容体活性を阻害し、これによりin vivoでの付着を低減する。多くの場合、ブロメラインは最適な臨床成績を得るため、他剤と一定比率で併用される。クロルフェニラミンは抗アレルギー薬の一種であり、ブロメラインと併用することで優れた抗炎症作用を示し、ヒスタミンによる毛細血管透過性亢進を抑制する。男性の慢性前立腺炎に対しては、抗菌薬にブロメライン腸溶錠を併用した治療が、抗菌薬単独よりも有意に優れている。

• 食品産業におけるブロメラインの応用

ブロメラインはチオールプロテアーゼであり、筋原線維タンパク質に直接作用してフィブリンおよび結合組織を加水分解し、タンパク質を低分子のペプチドおよびアミノ酸へ分解する。さらに、筋線維および腱を断裂させ、食肉を軟らかく滑らかな食感にする。ブロメラインを用いてコラーゲンを加水分解しゼラチンを製造することで、食品の増粘および乳化が可能となり、消化・吸収されやすい成分の含量を高め、治療効果も有する。