リゾチーム

リゾチーム (EC 3.2.1.17) はグリコシダーゼのクラスに属し、病原菌のムコ多糖を加水分解するアルカリ性酵素です。この酵素クラスの系統名はペプチドグリカン N-アセチルムラミン酸加水分解酵素です。一般的に使用される他の名前には、ムラミダーゼ、グロブリン G、N-アセチルムラミン酸グリカン加水分解酵素などがあります。リゾチームは1922年に最初に特定され、アレクサンダー・フレミングが人間の涙と唾液に細菌の細胞壁を溶解する酵素を発見しました。そのリゾチーム効果により、彼はそれをリゾチームと名付けました。それ以来、人間や動物のさまざまな組織や分泌物、さらには特定の植物や微生物の中にリゾチームが見つかっています。また、イチジク、大麦、キャベツなどの植物からリゾチームを分離することも可能です。

分類

リゾチームは、作用する微生物に応じて、細菌細胞壁リゾチームと真菌細胞壁リゾチームの2つの主要なカテゴリに分けられます。真菌細胞壁リゾチームには、酵母細胞壁リゾチームとカビ細胞壁リゾチームが含まれます。異なる供給源に応じて、動物由来リゾチーム、植物由来リゾチーム、微生物由来リゾチームに分けることができます。

構造

リゾチームは最もよく研究された酵素です。最初に3D構造を解明したのは、1965年に報告された鶏卵白リゾチームの構造です。これは129のアミノ酸残基からなる単一のペプチド鎖タンパク質であり、分子内の4対のシステインが4つのS-S結合を形成しています。リゾチーム分子は楕円形で、サイズは4.5 nm×3.0 nm×3.0 nmです。分子は25%のα-ヘリックスといくつかのβ-シート構造を含んでいます。研究によると、リゾチーム分子の表面には多糖基基質を収容する亀裂があり、リゾチームの活性部位です。リゾチームの内部はほぼ非極性であり、疎水性相互作用がリゾチームの折りたたまれた構造に重要な役割を果たしています。

図1. 鶏卵白リゾチームの構造。(Held J. 2014)

物理化学的性質

リゾチームは等電点が10.7〜11.0の塩基性タンパク質です。その化学的性質は安定しており、熱安定性が高いです。活性の最適温度は45〜50 °Cです。pHが1.2から11.3の間では、構造はほとんど変わりません。酸性環境では、リゾチームは高い熱安定性を持っています。pH 4〜7では、元の酵素活性は100 °Cで1分間維持されます; pH 3では、100 °Cで45分間処理できます。卵白リゾチームの分子量は14000です。等電点は11.1で、最適な細菌静止温度は50 °Cです。この酵素の最適pHは7です。元の酵素活性は維持されますが、アルカリ性環境では酵素の熱安定性は低下します。乾燥条件下では、リゾチームは室温で長期間保存できます。その純粋な製品は白色または黄白色または黄色の結晶またはアモルファス粉末で、無臭で甘く、水に溶けやすく、アルカリによって容易に破壊され、アセトンやエーテルには不溶です、など。

触媒メカニズム

リゾチームの基質はグラム陽性菌のペプチドグリカン細胞壁であり、N-アセチルムラミン酸とN-アセチルグルコサミンの交互の単位間のβ(1→4)グリコシド結合を切断することによって細胞壁を破壊します。鶏卵白リゾチームの活性部位はAsp52とGlu35です。Glu35の末端プロトンは、隣接する2つの糖残基間のグリコシド結合の酸素原子に転送され、これによりグリコシド結合が切断され、カーベニウムイオンが生成されます。カーベニウムイオンの正の電荷は、隣接する糖残基間のグリコシド結合の酸素原子に結合するまでAsp52の負の電荷によって安定化され、その後Glu35は再プロトン化されます。

応用

リゾチームは現在、食品や医療に広く使用されています。非毒性で副作用のないタンパク質として、リゾチームは自然な食品保存料として使用できます。水産物、肉製品、ケーキ、日本酒、料理酒、飲料の保存に広く使用されています。また、牛乳粉に添加して牛乳をエマルジョン化し、腸内の腐敗微生物の生存を抑制することもできます。通常の人体液や組織に存在する非特異的免疫因子として、抗菌、抗ウイルス、抗腫瘍効果があり、自然な抗感染材料として使用できます。さらに、リゾチームは細菌細胞壁の構造を破壊する機能を持ち、G+菌に対処して原形質体を得るために使用されます。したがって、リゾチームは遺伝子工学や細胞工学における細胞融合に不可欠な酵素です。

参考文献