セロビアーゼ

関連する読書

はじめに

セロビアーゼ（β-グルコシダーゼとも呼ばれる）は、セロビオースを加水分解して2分子のグルコースを生成し、エンドグルカナーゼおよびエキソグルカナーゼによる加水分解を大きく促進することで、セルロース分解酵素系全体の加水分解を加速し、セルロースのより完全な加水分解を促進する。セロビアーゼはセルラーゼの一群に属し、セルロース分解酵素ファミリーの重要な構成要素である。末端の非還元末端に結合したβ-D-グルコース結合を加水分解し、β-D-グルコースおよび対応するリガンドを遊離する能力を有する。

図1．セロビアーゼの構造。

構造

セロビアーゼは2本のポリペプチド鎖から構成される。各鎖は438個のアミノ酸からなり、酵素のサブユニットを形成する。各サブユニットには活性部位が存在する。活性部位には、ポケット、クレフト（溝）、トンネルという3つの潜在的構成要素がある。ポケット構造はグルコースのような単糖の認識を促進する。クレフトは糖が結合して多糖を形成する際の結合を可能にする。トンネルは、酵素が多糖に結合したまま生成物を放出できるようにする。

β-グルコシダーゼ阻害剤のスクリーニング

セロビアーゼは、糖尿病、AIDS、転移性がん、リソソーム蓄積症など、さまざまな疾患の病態形成に関与している。そのため、高効率なβ-グルコシダーゼ阻害剤のスクリーニングは、特定の代謝過程を阻害することにより生命システムにおける酵素の鍵となる機能を明らかにできるだけでなく、関連疾患の治療に向けた有望な治療アプローチを提供し得る。セロビアーゼ阻害剤は、阻害因子によるβ-グルコシダーゼ触媒基質の加水分解反応の阻害度合いに基づいてスクリーニングされる。

機能

セロビアーゼの機能は、各種配糖体およびオリゴ糖の加水分解を担うことである。最も重要なオリゴ糖であるβ-グルコシダーゼはセルロースと反応する。セロビアーゼは、多くの生物がこの酵素を利用して二重置換反応を完結させるために必要である。すなわち、最初の基質が活性部位に入ると酵素が中間体となり、次の基質が結合する前に生成物を放出し、反応の終結時に元の形に戻る。β-グルコシダーゼの場合、活性部位には、グルコシド、セロビオース、セロトリオース、セロテトラサッカライドに関与する2つのカルボン酸残基が含まれる。反応の目的は、バイオマスの加水分解過程において二糖であるセロビオースから残基を除去し、グルコースを生成することである。酵素と最終生成物との反応様式に応じて、生成されるグルコースは1分子または2分子となる。

セロビアーゼ活性測定（アッセイ）

• 分光光度法

多くの無機化合物、有機化合物およびタンパク質は、紫色域または可視域に特有の光吸収を示すか、特定の吸収を有する誘導体へ変換することができる。

• 蛍光法

蛍光法とは、外部放射によってエネルギーを吸収した分子が基底状態から励起状態へ遷移し、励起分子が基底状態へ戻る際に発光する現象を利用する方法である。

• 電気化学的手法

セロビアーゼが触媒する基質の加水分解では、一般にグルコース分子が生成される。電気化学的手法は、精確性、精密性、再現性、安定性、耐久性および選択性に優れるという利点がある。

• 試薬キット法

セロビアーゼ触媒による基質加水分解で生成するグルコースは、市販のグルコース測定キットにより定量できる。グルコース含量に基づき、被験試料中のセロビアーゼ活性を評価する。

結論

セロビアーゼは、食品産業、バイオ燃料および医療検査において重要な応用がある。本稿では、セロビアーゼ活性の一般的な測定法ならびにその構造と機能について述べた。セロビアーゼは生物の一次代謝および二次代謝の双方において重要な役割を果たすため、生命活動および各種生理機能に対するセロビアーゼの影響をさらに解析することが極めて重要である。