ガラクトース脱水素酵素

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ガラクトース（CH₂OH(CHOH)₄CHO）は、単糖類（C₆H₁₂O₆）の分子式であり、乳製品やテンサイ（甜菜）に含まれます。ガラクトースは、炭素数6およびアルデヒド基1個からなる単糖で、アルドースかつヘキソースに分類され、特定の糖タンパク質の重要な構成要素です。ガラクトースは哺乳類乳中の乳糖の構成成分でもあります。D-ガラクトースからなる多糖は、カタツムリ、カエルの卵、ウシ肺で見出されています。脳および神経組織には、D-ガラクトシドの形態で存在することが多いとされています。

ガラクトースの概要

ガラクトースは植物界において、各種植物ガム中に多糖として存在することが多いとされています。例えば、紅藻類のκ-カラギーナンは、D-ガラクトースおよび3,6-アンヒドロ-D-ガラクトースからなる多糖です。遊離ガラクトースはツタの果実（ベリー）にも存在します。ガラクトースは白色結晶です。D-ガラクトースおよびL-ガラクトースはいずれも天然に存在します。D-ガラクトースは一般に、乳糖の構造要素として乳中に存在します。乳中の乳糖は、ヒト体内でグルコースとガラクトースに分解され、吸収・利用されます。カロリーを有するため、栄養甘味料としても使用され得ます。ガラクトースは乳糖分子の一部であり、もう一方はグルコースです。β-ラクターゼの触媒作用下で、乳糖の加水分解によりガラクトースが得られます。ビフィズス菌は乳糖を発酵してガラクトースを産生し、これは頭蓋神経系のセレブロシドの構成成分であり、出生後の乳児の脳の急速な成長と密接に関連するとされています。

ガラクトース脱水素酵素

酵素学において、ガラクトース1-脱水素酵素は以下の化学反応を触媒する酵素です。
D-ガラクトース + NAD⁺ → D-ガラクトノ-1,4-ラクトン + NADH + H⁺
したがって、本酵素の基質はD-ガラクトースおよびNAD⁺の2種であり、生成物はD-ガラクトース-1,4-ラクトン、NADHおよびH⁺の3種です。本酵素は酸化還元酵素（オキシドレダクターゼ）ファミリーに属し、特にNAD⁺またはNADP⁺を受容体として用い、供与体のCH-OH基に作用する酵素群に分類されます。本酵素クラスの系統名はD-ガラクトース:NAD⁺ 1-オキシドレダクターゼです。その他の一般名として、D-ガラクトース脱水素酵素、β-ガラクトース脱水素酵素、NAD⁺依存性D-ガラクトース脱水素酵素などがあります。本酵素はガラクトース代謝に関与します。ガラクトース脱水素酵素（NADP⁺）は、D-アラビノース、6-デオキシ-D-ガラクトースおよび2-デオキシ-D-ガラクトースとも反応し得ます。

ガラクトース脱水素酵素の概要

ガラクトース脱水素酵素（GaDH）は、NAD⁺存在下でβ-D-ガラクトース（ピラノース）を脱水素化し、糖基質のC1位に作用してD-ガラクトース-1,5-ラクトンおよびNADHを生成します。本酵素は通常、NAD⁺に対して絶対的特異性を示すわけではなく、程度は低いもののNADP⁺も利用されます。D-ガラクトースがより良好な基質です。他の糖（L-アラビノース、2-デオキシ-D-ガラクトース等）は反応性が低いものの、本酵素はD-ガラクトースに対しても厳密に特異的ではありません。速度論的機構は順序型Bi-Biであり、NAD⁺が先に酵素へ結合します。Pseudomonas fluorescens由来GaDHは、E. coliでクローニングおよび発現され、全塩基配列が決定されていることから、最もよく研究された例です。活性高分子は2つの結合部位を有し、同一の2サブユニットから構成され、各サブユニットは33 kDa（アミノ酸残基304）です。Pseudomonas saccharophila由来GaDHは研究例が少ないものの、植物（グリーンピース、オレンジ、シロイヌナズナ等）、藻類（Iris等）、およびヒト酵素を含む複数の哺乳類で同定されています。

用途

GaDHは重要な分析ツールです。アルカリ性pHでは生成物であるガラクトースラクトンが加水分解されるため、反応は不可逆となります。そのため、本酵素はβ-D-ガラクトースおよびα-D-ガラクトースの定量に使用でき、後者は外因性の変旋酵素により前者へ変換可能です。GaDHは乳糖の定量にも用いられます。乳糖はラクターゼにより加水分解され、その後、生成したβ-D-ガラクトースに作用するGaDHとカップリングして測定します。