デキストラーゼ

デキストラナーゼ (EC 3.2.1.11; α-1,6-グルカン 6-グルカノヒドロラーゼ) は、デキストランポリマー内のα-1,6-グリコシド結合を加水分解する酵素です。この酵素は、さまざまな真菌や細菌に広く分布しています。酵素の主要なドメインは、右巻きの平行βヘリックスで、N末端にβサンドイッチドメインが接続されています。デキストラナーゼはデキストラン分子内の結合を切断し、短いイソマルトオリゴ糖を放出します。デキストラナーゼを糖処理に使用することで、デキストラン汚染によって引き起こされる糖汁の粘度を低下させることができます。

分類

デキストラナーゼ酵素は、GHファミリー49およびGHファミリー66の2つのグリコシドヒドロラーゼファミリーに見られ、2つのファミリー間には配列の類似性はありません。Streptococcus種の細菌デキストラナーゼはファミリー66に分類されています。Arthrobacter種の細菌デキストラナーゼとPenicillium種の真菌デキストラナーゼはファミリー49に分類されています。ファミリー49には、Brevibacterium fuscum var. dextranlyticumからのデキストラン1,6-α-イソマルトリオシダーゼや、Aspergillus nigerからのイソプルラナーゼも見られます。

構造

• Penicillium minioluteumからのデキストラナーゼ (ファミリー49)

Penicillium minioluteumからのデキストラナーゼの構造は、2つのドメインに折りたたまれています。最初のドメインは200残基からなり、13のβストランドを形成しています。そのうち9つのストランドはβサンドイッチに折りたたまれています。このβサンドイッチ内のストランドはすべて逆平行であり、βストランド5と13の相互作用を除きます。βサンドイッチの内部には、GH 49で完全に保存されている14の疎水性残基があります。もう一つのドメインは、3つの平行βシートを含む右巻きの平行βヘリックスの折りたたみを持ち、PB1、PB2、PB3と名付けられています。βヘリックスは10の完全なコイルを含んでいます。βヘリックスのN末端には、PB2およびPB3βストランドのみを含む2つの不完全なコイルがあり、C末端では、最後のコイルがPB1およびPB2のみを含んでいます。2つのドメインは広い面積で相互作用します。βシートとβサンドイッチのC末端のループは、PB3の表面および平行βヘリックスのコイル1から9のT3ループと相互作用します。インターフェースには、GH 49で完全に保存されている29のアミノ酸があります。

図1. Penicillium minioluteumからのデキストラナーゼの構造。N末端からC末端にかけて赤から青に順次色付けされています。(Larsson, et al. 2003)

• Streptococcus mutansからのデキストラナーゼ (ファミリー66)

Streptococcus mutansからのデキストラナーゼは、ドメインN、A、Cと呼ばれる3つのドメインからなる多ドメイン構造を形成しました。ドメインN (Asn100–Asp210) のトポロジーは、7つの逆平行βストランドからなるC2型免疫グロブリン折りたたみを模しており、3本および4本のストランドのβシートを形成しています。ドメインA (Asp211–Lys593) は主に多くのグリコシドヒドロラーゼにおける触媒ドメインである(β/α)8-バレルで構成されています。このドメインには、長さ23から50残基の比較的大きなループ領域が5つあり、50残基のループ3はループ2と関連して小さなサブドメイン構造を形成し、触媒隙間の一側壁を形成するためにα-アミラーゼのドメインBと比較して同様の位置にあります。ドメインC (Val594–Ile732) は、10のβストランドからなる逆平行βサンドイッチ構造を採用していますが、基本的には多くのGHに見られる2つの4ストランドのギリシャ鍵モチーフに属しています。

図2. Streptococcus mutansからのデキストラナーゼの構造。(Suzuki N, et al. 2012)

応用

糖の生産において、デキストランは、汚染微生物がスクロースから合成する望ましくない化合物であり、流れの粘度を増加させ、工業的回収を減少させ、重大な損失をもたらします。収穫前のサトウキビ中のこれらの多糖類の含有量は非常に低いか、ほぼゼロです。これらは、植物の樹液に寄生する汚染微生物のデキストランスクラーゼ酵素の作用によって形成され、樹皮が損傷したときに攻撃します。

デキストラナーゼ酵素の使用は、製糖工場でデキストランを加水分解する最も効率的な方法です。真菌デキストラナーゼは、Brixが低く、pHと温度がそれぞれ5.0および50ºCに近い条件、すなわちジュース抽出時に存在する条件で最高の反応速度を示しました。これらのデキストラナーゼの一部は、酵素調製物に配合され、製糖工場のジュース中のデキストランを加水分解するために効率的に使用されています。プロセスのより進んだ段階では、デキストランがすでに損失を引き起こしているため、温度とBrixの条件は高くなります。しかし、体積は小さいものの、シロップ中でこれらの酵素による処理は、デキストラナーゼの消費と同等の用量を増加させる必要があることを示しました。これまでに特定された一部の熱耐性細菌デキストラナーゼは、特異的活性が大幅に低下しており、工業的使用が不可能です。Chaetomium sp.からの真菌デキストラナーゼは、ジュースとシロップの両方でデキストラン処理において最良の結果を示しています。

参考文献