D-フルクトース脱水素酵素

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フルクトースは、グルコースと互いに異性体の関係にある、よく知られた単糖である。自然界では、多くの果実、蜂蜜、ならびに一部のキク科植物に存在する。フルクトースは固有の特性を有し、天然由来の高い甘味度は他の糖類では代替し難く、また摂取後にう蝕（齲蝕）を引き起こしにくい。これらの特性により、工業的生産において極めて広範に利用されている。現在、市場では炭酸飲料、果汁飲料等を含む、形態の異なるフルクトース加工食品が多数流通しており、食品添加物としてのフルクトースの食品加工への使用は増加傾向にある。食品・飲料の製造においては、フルクトース、グルコース、スクロース、ラクトースが、現在一般的に使用される4種の栄養性甘味料である。過去20年間でフルクトースの使用は20％から10％増加しており、市場において重要な位置を占めている。さらに、高純度で安定性に優れる結晶フルクトースは、各種産業分野での開発および適用が段階的に進んでいる。市場需要は大きく、幅広い用途展望が見込まれる。

図1．フルクトースの構造。

特長

• フルクトースは主としてフルクトキナーゼにより触媒され、肝臓、腎臓および小腸においてフルクトース一リン酸を生成する。
• 体内では、フルクトースはグルコースへ変換されるか、またはグリコーゲンとして合成され得る。一方、グルコースおよびグリコーゲンはフルクトースへ逆変換されない。
• フルクトースは解糖系における律速酵素（ホスホフルクトキナーゼ）を迂回し得るため、肝臓ではグルコースよりも速やかに分解される。
• フルクトース代謝の強度はフルクトース濃度に依存し、インスリンの影響を受けない。フルクトースの摂取および吸収は低血糖を引き起こさない。

D-フルクトースデヒドロゲナーゼ

酵素学において、フルクトース5-デヒドロゲナーゼは化学反応を触媒する酵素である。

D-フルクトース + 受容体→5-デヒドロ-D-フルクトース + 還元型受容体

したがって、本酵素の2つの基質はD-フルクトースおよび受容体であり、2つの生成物は5-デヒドロ-D-フルクトースおよび還元型受容体である。本酵素は酸化還元酵素（オキシドレダクターゼ）に属し、特に供与体のCH-OH基に作用し、他の受容体と共役して反応する酵素群に分類される。本酵素クラスの系統名はD-フルクトース：受容体 5-オキシドレダクターゼである。その他の一般的名称として、フルクトース5-デヒドロゲナーゼ（受容体）、D-フルクトースデヒドロゲナーゼ、D-フルクトース：（受容体）5-オキシドレダクターゼがある。

性状

• 均一性。

本酵素は、20倍希釈したMcIlvaine緩衝液（pH 6.0）中に1% Triton X-100を添加した条件下で、見かけの沈降定数5.8 Sの対称的な沈降ピークを示す。ゲルろ過においても、0.1% Triton X-100および1 mM 2-メルカプトエタノールを含む20倍希釈緩衝液（pH 6.0）で平衡化したSephadex G-200カラム（1×115 cm）により解析すると、酵素活性と一致する対称的なタンパク質溶出ピークが認められる。ゲルろ過により算出された見かけの分子量は140,000であった。酵素の純度および均一性の評価には、従来型のポリアクリルアミドゲル電気泳動の使用は推奨されない。精製酵素はゲル電気泳動中にサブユニット成分へ解離し、3本のタンパク質バンドを与える。

• 吸収スペクトル。

精製D-フルクトースデヒドロゲナーゼは、シトクロムc様の吸収スペクトルを示す。酵素製剤中には部分的に還元されたヘムタンパク質が存在し、このヘムタンパク質は酢酸菌のアルコールデヒドロゲナーゼに含まれるヘムcと比較して、より自動酸化を受けやすいことが示唆される。還元型酵素では553～550 nm、523 nmおよび417 nmに吸収極大が観察され、酸化型酵素では409 nmに単一ピークが観察される。

• 触媒特性。

D-フルクトースデヒドロゲナーゼは、電子受容体として以下の色素のいずれかを存在させることにより、in vitroで測定可能である：フェリシアン化カリウム、フェナジンメトサルフェート、ニトロブルーテトラゾリウム、または2,6-ジクロロフェノールインドフェノール。NAD、NADP、または酸素は電子受容体として完全に不活性である。この所見は、他の膜結合型デヒドロゲナーゼにも当てはまる。

参考文献

1. Ameyama M; Adachi O. D-Fructose dehydrogenase from Gluconobacter industrius, membrane-bound. Methods in Enzymology. 1982, 89: 154–159.