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。α-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α-ガラクトシドを変換・分解し、その栄養価を改善するα-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、食品産業での利用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

α-ガラクトシダーゼは、α-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、メリビオースとも呼ばれます。α-ガラクトシダーゼは、α-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。この特徴により、飼料や大豆食品の抗栄養成分を改善・除去するために使用できます。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、糖スフィンゴシンにも作用します。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化の機能も持っています。この特徴は、オリゴ糖の合成やシクロデキストリン誘導体の調製に利用できます。好中性またはpH安定なα-ガラクトシダーゼの開発や、高い酵素生産を持つ微生物や植物の探索は、近年の研究のホットスポットとなっています。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引きつけています。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、より広範な技術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、グリコシド加水分解酵素であり、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、酵素の速度定数Kmなど、異なる特性を持っています。さらに、酵素の源は、クルイバロミセス、アスペルギルス、バチルス、ストレプトコッカス、クリプトコッカスなど異なり、反応条件も異なります。温度やpH、重合度、酵素反応によって合成されるガラクトオリゴ糖の収率や形成も異なります。グリコシド結合の種類も異なります。

図1. β-ガラクトシダーゼのタンパク質構造。

メカニズム

β-ガラクトシダーゼは、β-ガラクトシド化合物中のβ-ガラクトシド結合の加水分解を触媒するだけでなく、トランスガラクトシルの効果も持っています。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、これらがβ-ガラクトシダーゼによる乳糖の加水分解に重要な役割を果たすことが示されています。硫黄基は、パントテン酸としてガラクトシドの酸素原子をプロトン化するために使用されると推測され、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、炭素原子を形成します。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メカニズム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。

レポータージーンとしての応用

β-ガラクトシダーゼ遺伝子は、動物および微生物の遺伝子工学において最も一般的に使用され、最も成熟したレポータージーンです。レポータージーンは、検出可能なタンパク質または酵素をコードする遺伝子であり、その表現型は内因性の背景タンパク質から簡単に検出・区別できるべきです。その発現産物を使用して、ターゲット遺伝子の発現調節をキャリブレーションします。β-ガラクトシダーゼ遺伝子をレポータージーンとして使用する応用は、主に以下の側面を含みます：① プロモーターの効率とプロモーターの異なる部位での変異が発現効率に与える影響を研究するために使用される；② 発現系における強化配列の機能を研究するために使用される；③ ベクターの発現特性と外因性物質が発現調節に与える影響を測定するために使用される；④ 融合遺伝子の形で使用され、外因性遺伝子の発現とその法則を研究するために使用される。