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、主に茎と果実に見られるパイナップルから抽出されたプロテオリティック酵素です。ブロメラインは、抽出部位に応じて茎ブロメライン（EC 3.4.22.4またはEC 3.4.4.24）と果実ブロメライン（EC 3.4.22.5）に分けることができます。ブロメラインは高いバイオカタリティック活性を持つため、酵素精製技術の継続的な改善に伴い、さまざまな産業分野で広く使用されています。バイオ化学では、ブロメラインはチーズ、ゼラチン、加水分解タンパク質の生産に使用されます。食品産業では、ブロメラインは肉を柔らかくし、ビールを澄ませるための食品添加物として使用されます。製薬産業では、ブロメラインはフィブリンや血栓を溶解できるため、浮腫やさまざまな炎症の治療に使用されます。ブロメラインは正常な組織に無害であり、皮膚移植に影響を与えないため、深い火傷の小さな部分の治療に適しています。

分子構造

ブロメラインは、異なる分子量と分子構造を持つさまざまな酵素から構成される酵素系であり、少なくとも5つのプロテオリティック酵素を含んでいます。さらに、一部のブロメラインにはホスファターゼ、過酸化物、セルラーゼ、グリコシダーゼおよび非タンパク質物質も含まれています。ブロメラインは、キシロース、フコース、マンノース、N-アセチルグルコサミンからなるオリゴ糖を分子構造に持つ糖タンパク質です。石原と安田 et al。は、それぞれブロメラインのオリゴ糖分子の構造を推測しました。

図1. 石原と安田 et al によって推測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です。複数の酵素分子から構成されているため、ブロメラインの触媒基質は多様です。タンパク質、ペプチド、エステル、アミドを分解することができ、そのプロテオリティック活性はパパインの10倍以上です。ブロメラインが触媒するために必要な官能基はオリゴ糖分子ではなく、ペプチド鎖内のチオール基です。さらに、ブロメラインの分子構造内のカルボキシル基とヒドロキシル基も酵素活性とは独立しています。ブロメラインの触媒活性はpH、温度、金属イオン、EDTA、還元剤に影響されやすいです。酵素の最適pHは7.1であり、最も安定したpH範囲は3.9-4.2で、最適反応温度は55°Cです。Mg²⁺およびCa²⁺は高濃度でブロメライン活性に抑制効果を持ちますが、低濃度では促進効果を持ちます。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、ブロメラインの活性を低下させます。システインの塩酸塩は、特定の濃度範囲内で酵素反応速度を促進します。

安定性

ブロメラインは多酵素系です。異なる酵素の安定性が異なるため、外部環境の変化に対するブロメラインの適応性は非常に狭く、これは間違いなくその工業生産に大きな制約を課します。ブロメラインの安定性に影響を与える要因は多く、温度や湿度などがあります。ブロメラインは高温および低温で不活性化される可能性があります。4°Cで6ヶ月間の酵素活性の損失率は5%-10%であり、常温での損失率は10%-15%に達します。高温条件下では、空気中の大量の水分がブロメラインの構造の柔軟性を増加させ、自己加水分解能力が強化され、変性プロセスを加速します。一部の金属イオン、有機カルボキシレート、単糖などは、ある程度ブロメラインを安定化させることができ、この効果はその三次元構造を安定化させることによって達成されます。さらに、修飾されていないポリエチレングリコールはブロメラインに結合せず、反応系における触媒基質へのブロメラインの結合を妨げ、その酵素活性を低下させます。しかし、コハク酸無水物で活性化されたポリエチレングリコールが化学的に修飾されたブロメラインでは、修飾された酵素の安定性は天然のブロメラインと比較して大幅に向上しました。

応用

• 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の下痢の予防と治療に良い効果を示します。ブロメラインはそのプロテオリティック機能を利用して、動物の腸内における病原株の受容体活性を抑制し、in vivoでの付着を減少させます。ほとんどの場合、ブロメラインは他の薬剤と一定の比率で併用され、最良の臨床結果を達成します。クロルフェニラミンは抗アレルギー薬の一種であり、ブロメラインと組み合わせることで優れた抗炎症効果を提供し、ヒスタミンによる毛細血管透過性の増加を防ぎます。男性の慢性前立腺炎に対しては、抗生物質とブロメラインの腸溶性錠剤を併用した治療が、抗生物質単独よりも有意に優れています。

• 食品産業におけるブロメラインの応用

ブロメラインは、ミオフィブリルタンパク質と直接相互作用し、フィブリンや結合組織を加水分解し、タンパク質を小さなペプチドやアミノ酸の分子に分解し、筋フィラメントや腱を破壊し、肉を柔らかく滑らかにします。ブロメラインを使用してコラーゲンを加水分解しゼラチンを生成することで、食品を濃厚にし、エマルジョン化し、消化吸収しやすい食品の含有量を増加させ、治療効果を持たせることができます。