インベルターゼ

スクラーゼはグリコシダーゼの一種である。インベルターゼ（フルクトフラノシド・フルクトヒドロラーゼ）は、非還元性糖におけるβ-D-フルクトフラノシド結合の加水分解を特異的に触媒する。スクロースを加水分解してグルコースおよびフルクトースを生成するだけでなく、ラフィノースを加水分解してメリビオース（二糖）およびフルクトースを生成する反応も触媒する。

図1．インベルターゼのタンパク質構造。

概要

グリコシダーゼの一種であり、スクロースをフルクトースとグルコースに加水分解する反応を触媒する酵素である。動物、植物および微生物に広く存在し、主として酵母由来で得られる。1860年にBertholetがSaccharomyces cerevisiaeからインベルターゼを発見して以来、広範に研究されてきた。インベルターゼは非還元性糖におけるα-フルクトフラノシド結合の加水分解を特異的に触媒し、比較的高い基質特異性を有する。スクロースの加水分解によりグルコースおよびフルクトースを生成するだけでなく、ラフィノースの加水分解によりメリビオース（二糖）およびフルクトースを生成する。酵母では、細胞膜の外側および内側に2つの形態で存在する。細胞膜外側の細胞壁に存在するものは外部酵母インベルターゼと呼ばれ、スクラーゼ活性の大部分を占め、糖鎖成分を質量分率で50～70%含む糖タンパク質である。一方、細胞膜内側の細胞質に存在するものは内部酵母インベルターゼと呼ばれ、糖鎖含量は少ない。両酵素のタンパク質部分はいずれも二量体（ダイマー）構造であるが、アミノ酸組成は異なる。外部酵素の各サブユニットは、内部酵素に比べてセリンおよびメチオニンの2残基が多い。外部酵素は約270 kDa（酵母株により約220 kDaの場合もある）、内部酵素は約135 kDaである。組成は大きく異なるものの、基質特異性および反応速度論的特性は非常に類似している。ただし、内部酵素は含量が極めて少ないため、抽出は非常に困難である。

機能

スクロースはスクラーゼにより触媒され、2種類の還元糖であるD-グルコースおよびD-フルクトースに加水分解される。インベルターゼは植物における物質輸送および炭水化物代謝において主要な役割を担うほか、浸透圧調節、ストレス耐性に関与する生育・生殖、ならびにシグナル伝達においても重要な役割を果たす。

分類

植物におけるスクラーゼの細胞内局在に基づき、液胞型スクラーゼ、細胞質型スクラーゼおよび細胞壁型スクラーゼに分類される。前二者は細胞内インベルターゼ、細胞壁型は細胞外インベルターゼとも呼ばれる。インベルターゼの種類により至適pHが異なるため、酸性インベルターゼおよび中性／アルカリ性インベルターゼに分類される。液胞型スクラーゼおよび細胞壁型スクラーゼはpH 4.5～5.0で触媒効率が最も高く、酸性スクラーゼとも呼ばれる。細胞質型スクラーゼのスクロース加水分解における至適pHは中性または弱アルカリ性であるため、中性／アルカリ性スクラーゼと呼ばれる。溶解性に基づく分類では、可溶性スクラーゼ（液胞型および細胞質型を含む）と不溶性スクラーゼ（細胞壁型）に分けられる。

インベルターゼの精製

粗酵素溶液は、O-Sepharose FF陰イオン交換カラムクロマトグラフィーにより精製した。SDS抽出法により得たスクラーゼ活性の高い粗酵素溶液を、質量分率50%エタノールで沈殿させ、溶解後に透析し、Q-Sepharose FF陰イオン交換カラム（pH 7.0、0.05 mol/L Tris-HCl緩衝液で十分に平衡化）に供した。0～1 mol/LのNaCl直線濃度勾配で60分間溶出した（pH 7.0、0.05 mol/L Tris-HCl緩衝液を含む）。流量は0.5 mL/minとし、1 mLごとに分画回収した。各分画のインベルターゼ活性およびタンパク質含量を測定し、インベルターゼ活性の高い分画をプールした。得られた溶出液は透析により脱塩し、減圧乾燥して精製酵母インベルターゼを得た。

代表的なグリコシダーゼ

1．α-マンノシダーゼ。N-グリコシル化過程に関与するマンノシダーゼは、触媒する加水分解結合の違いによりα-マンノシダーゼおよびβ-マンノシダーゼに分類される。cDNAは20種以上報告されており、そのうち6種はヒト由来である。α-マンノシダーゼは主として小胞体、ゴルジ体、リソソーム等の細胞内小器官に存在する。オリゴ糖構造末端に結合した各種マンノース残基をトリミングし、高マンノース型、複合型およびハイブリッド型のN-結合型オリゴ糖を形成する機能を有する。

図2．α-マンノシダーゼ。

2．アラビノシダーゼ。現在精製されているアラビノシダーゼは、アミノ酸配列および基質特異性の類似性・相違に基づき2種類に分類される。アラビノシダーゼAは一般に末端アラビノースを分解し、アラビノシダーゼBは末端アラビノース基の分解に加え、アラビノース側鎖の切断も可能である。

3．β-キシロシダーゼ。β-キシロシダーゼは自然界に広く分布し、細菌、放線菌、真菌（酵母を含む）などの微生物および高等植物から単離されている。

4．キトサナーゼ。キトトリオシダーゼ（CT）は機能性キチナーゼである。ヒトはキチン成分を有さず分解できないと考えられていたことから、キチナーゼは長らく化学療法薬の標的として利用され、抗真菌薬、抗マラリア薬、殺虫剤などに応用されてきた。

5．チオグリコシダーゼ。微生物由来グリコシダーゼは供給源が広範であり、一部のグリコシダーゼは加水分解活性に加えて糖転移活性も有する。この特性により、糖鎖合成の重要なツールとなり、各種O-グリコシドの大規模合成に利用されている。

参考文献