エンド-β-ガラクトシダーゼ

関連する読書

ガラクトシダーゼは、乳糖（乳糖は1分子のグルコースと1分子のガラクトースの脱水と縮合によって形成される二糖）などのガラクトシド結合を含む物質を加水分解する酵素のクラスを指します。主にα-ガラクトシダーゼとβ-ガラクトシダーゼに分けられます。アルファ-ガラクトシダーゼは、飼料や大豆食品に含まれる抗栄養因子であるアルファ-ガラクトシドを変換・分解し、その栄養価を向上させることができるアルファ-ガラクトシド結合の加水分解を触媒します。さらに、この酵素は製薬、増粘剤処理、製紙産業においても一定の応用があります。β-ガラクトシダーゼは、食品産業での用途が増えているだけでなく、遺伝子工学、酵素工学、タンパク質工学などのバイオテクノロジー分野でも重要な役割を果たし、医療やその他の分野で広く使用され始めています。

特徴

アルファ-ガラクトシダーゼは、アルファ-ガラクトシド結合の加水分解を触媒するエクソグリコシダーゼです。メリビオースを分解できるため、メリビアーゼとも呼ばれます。アルファ-ガラクトシド結合の加水分解を触媒することができます。この特性により、飼料や大豆食品の抗栄養素を改善・除去するのに役立ちます。さらに、医療分野ではB→O型血液の変換を実現し、ユニバーサルブラッドを準備し、ファブリー病の酵素補充療法においても重要な役割を果たします。α-ガラクトシダーゼは、α-ガラクトシド結合を含む複雑な多糖類、糖タンパク質、糖脂質にも作用します。特定のα-ガラクトシダーゼ酵素は、基質濃度が高く濃縮されているときにトランスガラクトシル機能を持つこともあります。この特性を利用して、オリゴ糖の合成やシクロデキストリン誘導体の準備に使用できます。好中性またはpH安定なα-ガラクトシダーゼの開発と、高い酵素生産を持つ微生物や植物の探索は、近年の研究の焦点となっています。多くの耐熱性α-ガラクトシダーゼ酵素は、その特異性により科学者たちの広範な関心を集めています。彼らは、その熱安定性を利用して産業でより大きな価値を発揮し、科学技術や医療の分野でより広範な範囲を示すことを期待しています。

β-ガラクトシダーゼ

β-ガラクトシダーゼはグリコシダーゼ水解酵素に属し、多くの微生物源があります。加水分解活性に加えて、β-ガラクトシダーゼの一部の源はトランスグリコシル化活性も持っています。異なる源からの酵素は、最適pH、最適温度、酵素の動力学定数Kmなど、異なる特性を持っています。さらに、酵素の源は異なり、Kluyveromyces、Aspergillus、Bacillus、Streptococcus、Cryptococcusなどがあり、温度やpH、重合度、収率、ガラクトオリゴ糖を合成するための酵素反応の形成など、異なる反応条件があります。

図1. β-ガラクトシダーゼの構造。

特性

β-ガラクトシダーゼはβ-ガラクトシダーゼ遺伝子（LacZ遺伝子）によってコードされており、4つのサブユニットからなるテトラマーで、一般的に乳糖を1分子のグルコースと1分子のガラクトースに分解する触媒を行います。異なる種から抽出されたβ-ガラクトシダーゼのタンパク質配列は、高い相同性と類似性を持っています。β-ガラクトシダーゼの分子量は100から850 kuの間であり、その中で大腸菌のβ-ガラクトシダーゼが最も大きな分子量を持ち、520-850 kuです。さまざまな源からのβ-ガラクトシダーゼ遺伝子はクローン化されています。

作用機序

β-ガラクトシダーゼ化合物におけるβ-ガラクトシド結合の加水分解を触媒するだけでなく、β-ガラクトシダーゼはガラクトシル基を変換する機能も持っています。初期の研究では、β-ガラクトシダーゼの活性部位には2つの官能基、すなわちシステインのチオール基とヒスチジンのイミダゾール基があり、これらはβ-ガラクトシダーゼによる乳糖の加水分解において重要な役割を果たすことが示されています。硫黄基は、ガラクトシドの酸素原子をプロトン化するための一般的な酸として使用される可能性があり、イミダゾール基はガラクトース分子の最初の炭素原子の求核中心を攻撃する求核剤として使用され、炭素-水素結合の共有結合中間体を形成すると推測されています。イミダゾール基から切り離された後、チオールアニオンは水分子からプロトンを抽出して- OHを形成し、Cを攻撃します。一部の研究では、乳糖分解酵素の触媒機構はリゾチームのそれに類似していると考えられています。ガラクトシドの受容体が水である場合、加水分解が起こり、受容体が別の糖またはアルコールである場合、トランスガラクトシド効果が発生し、受容体が乳糖である場合、トリ糖乳糖のオリゴマー半分が形成されます。

応用

β-ガラクトシダーゼの応用に関する研究のホットスポットは、主に固定化、オリゴ糖の生産、および遺伝子工学技術を使用して乳糖分解酵素を生産することに焦点を当てています。

食品加工におけるβ-ガラクトシダーゼの応用は、主に以下の側面を含みます。

• 乳糖不耐症の患者における乳製品の消費の問題を解決する。
• 乳製品の甘さを改善するために使用される。
• 冷凍時に乳製品の結晶化を防ぐ。
• ガラクトオリゴ糖の生産。

参考文献

1. Davies, G.; et al. Structures and mechanisms of glycosyl hydrolases. Structure. 1995, 3 (9): 853–59.