イソアミラーゼ

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概要

イソアミラーゼは、系統名をグリコーゲン6-α-D-グルカノヒドロラーゼ（glycogen 6-alpha-D-glucanohydrolase）とする酵素である。本酵素は、以下の化学反応を触媒する。すなわち、グリコーゲン、アミロペクチンおよびそれらのβ-リミットデキストリンに存在する（1→6）-α-D-グルコシド分岐結合の加水分解である。

機能

イソアミラーゼは、グリコーゲンまたは分岐デンプンの分岐点に存在するα-1,6-グリコシド結合のみを加水分解し、側鎖全体を切断して、長さの異なる直鎖状デンプンを生成する。基質に対するイソアミラーゼの作用特性は、もち米デンプンに作用させた後の生成物の性状により確認できる。イソアミラーゼがもち米デンプンに作用すると、脱分岐作用によりヨウ素呈色反応は赤色から青色へ変化し、還元力が増加し、ブタノール中で沈殿が生じ、デンプン溶液は老化しやすくなり、直鎖状デンプンの特性が現れる。さらに、他のアミラーゼと併用した場合の顕著な現象として、デンプンの完全糖化に至ることが挙げられる。

発見

イソアミラーゼは1940年という早い時期に酵母抽出物中で発見されたが、その酵素学的性質が明確に理解されるまでには一定の期間を要した。本酵素はもち米デンプン溶液に作用し、混濁を生じさせることがある。数日後には白色沈殿が生じ、ヨウ素と反応させると徐々に青色へ変化する。このヨウ素反応の変化は、酸やアミラーゼ等によるデンプン分解時の変化とは逆であるため、当初はデンプン合成機能を有すると誤認され、「デンプン合成酵素（starch synthase）」と命名された。その後、デンプン化学の進展によりアミラーゼの理解が深まり、上記ヨウ素反応の呈色変化が分岐鎖デンプンと直鎖デンプンの性質に関連すること、ならびに、いわゆるデンプン合成酵素が実際には「6位のグリコシド結合（α-1,6結合）」を切断する酵素であることが明らかとなった。これにより、本酵素はイソアミラーゼと改称された。

分布

イソアミラーゼは自然界に広く分布する。植物では、米、ソラマメ、ジャガイモ、麦芽、スイートコーン等に存在する。高等動物の肝臓および筋肉にも、イソアミラーゼに類似してα-1,6-グリコシド結合を分解する酵素が存在する。さらに、イソアミラーゼを産生する微生物株は多数知られており、酵母に加えて、多くの細菌および一部の放線菌においても産生が確認されている。また、由来の異なるイソアミラーゼでは、基質に対する作用特異性が異なることが知られている。

用途

イソアミラーゼの主な用途は、各種分岐多糖類およびスロンボマイシンの分解である。1970年代までに、イソアミラーゼの適用は、デンプンシロップ、ビールおよびアルコール製造などの各種デンプン高度加工分野へ拡大し、研究室レベルから工業規模へと段階的に移行した。デンプン加工において、イソアミラーゼはグルコアミラーゼと相乗的に作用することで糖化工程を加速し、糖化率を向上させる。また、β-アミラーゼと併用するとマルトース収率を大幅に向上させるため、高需要の脱分岐酵素である。現在では、高グルコースシロップ、高マルトースシロップおよびビールの製造において実用化されている。