リゾチーム

リゾチーム（EC 3.2.1.17）はグリコシド加水分解酵素（glycoside hydrolases）に属し、病原性細菌のムコ多糖を加水分解する塩基性酵素である。本酵素群の系統名はペプチドグリカンN-アセチルムラミド加水分解酵素（peptidoglycan N-acetylmuramoylhydrolase）である。一般に用いられる別名として、ムラミダーゼ（muramidase）、グロブリンG（globulin G）、N-アセチルムラミドグリカン加水分解酵素（N-acetylmuramide glycanhydrolase）などがある。リゾチームは1922年に初めて同定され、アレクサンダー・フレミングがヒトの涙および唾液中に、細菌の細胞壁を溶解し得る酵素を見出した。溶菌作用（lysozyme effect）に基づき、これをリゾチームと命名した。その後、ヒトおよび動物の各種組織・分泌物、ならびに一部の植物および微生物にもリゾチームが存在することが明らかとなった。イチジク、オオムギ、キャベツ等の植物からリゾチームを単離することも可能である。

分類

リゾチームは作用対象となる微生物により大別され、細菌細胞壁リゾチームおよび真菌細胞壁リゾチームに分類される。真菌細胞壁リゾチームには、酵母細胞壁リゾチームおよびカビ細胞壁リゾチームが含まれる。また、由来により、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類される。

構造

リゾチームは最も詳細に研究されている酵素の一つである。三次元構造が最初に解明されたのは、1965年に報告されたニワトリ卵白リゾチームの構造である。本酵素は129個のアミノ酸残基からなる単一ポリペプチド鎖タンパク質であり、分子内の4対のシステインにより4本のS-S結合が形成される。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である。分子は約25%のαヘリックスと一部のβシート構造を含む。研究により、リゾチーム分子表面には多糖基質を収容する裂溝が存在し、これがリゾチームの活性部位であることが示されている。リゾチーム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み構造の維持に重要な役割を果たす。

図1. ニワトリ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10.7～11.0の塩基性タンパク質である。化学的性質は安定で、耐熱性が高い。至適温度は45～50℃である。pH 1.2～11.3の範囲では構造はほぼ不変である。酸性環境下では耐熱性が高く、pH 4～7では100℃で1分間処理しても原酵素活性を保持し、pH 3では100℃で45分間の処理に耐える。卵白リゾチームの分子量は14,000で、等電点は11.1、至適静菌温度は50℃である。本酵素の至適pHは7である。原酵素活性は維持されるが、アルカリ性環境下では耐熱性が低下する。乾燥条件下では、リゾチームは室温で長期間保存可能である。純品は白色～淡黄色～黄色の結晶または非晶質粉末で、無臭、甘味を呈し、水に可溶で、アルカリにより容易に失活し、アセトンおよびエーテルに不溶である等の性状を有する。

触媒機構

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が交互に連なる単位間のβ(1→4)グリコシド結合を切断することで細胞壁を破壊する。ニワトリ卵白リゾチームの活性部位はAsp52およびGlu35である。Glu35の末端プロトンが隣接する2つの糖残基間のグリコシド結合の酸素原子へ移動し、これによりグリコシド結合が切断され、カルベニウムイオンが生成する。カルベニウムイオンの正電荷は、Asp52の負電荷により安定化され、水酸化物イオンが正電荷を帯びた炭素原子に結合した後、Glu35が再プロトン化される。

用途

リゾチームは現在、食品および医薬分野で広く使用されている。無毒性で副作用のないタンパク質として、天然由来の食品保存料として利用可能である。水産加工品、食肉製品、ケーキ、日本酒、料理酒、飲料等の保存に広く用いられている。また、粉ミルクに添加して牛乳を乳化させ、腸管内における腐敗微生物の生存を抑制する目的でも使用される。正常なヒト体液および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、抗腫瘍作用を有し、天然の抗感染性素材として利用できる。さらに、リゾチームは細菌細胞壁構造を破壊する機能を有し、G+細菌の処理およびプロトプラストの取得に用いられる。このため、リゾチームは遺伝子工学および細胞工学における細胞融合に必須の酵素である。

参考文献