パパイン

パパインは、カリカパパイヤ（Carica papaya）に含有される低特異性のタンパク質分解酵素である。カリカパパイヤの根、茎、葉、果実に広く存在し、特に未熟果のラテックス中に最も多く含まれる。パパインはチオール（スルフヒドリル）プロテアーゼに分類され、活性部位にシステインを有する。高い酵素活性、良好な熱安定性および安全性を特徴とし、食品、医薬、飼料、化学、化粧品、皮革、繊維などの各産業分野で広く利用されている。

構造

パパインは、212個のアミノ酸残基からなる単一のポリペプチド鎖で構成される。活性部位には少なくともCys25、His159、Asp158の3残基が関与する。Cys25が酸化される、または金属イオンと結合すると酵素活性は阻害されるが、還元剤であるシステイン（または亜硫酸塩）やEDTAにより酵素活性を回復させることができる。その他の6つのシステイン残基は3対のジスルフィド結合を形成しており、いずれも活性部位には存在しない。

化学的性質

パパインは、酸性・中性・アルカリ性環境下でタンパク質を加水分解するプロテアーゼである。外観は白色〜淡黄色の粉末で、わずかに吸湿性を有する。水およびグリセロールに可溶で、水溶液は無色〜淡黄色（場合により乳白色）を呈する。エタノール、クロロホルム、エーテル等の有機溶媒にはほとんど不溶である。パパインはチオール基（-SH）を有するエンドペプチダーゼであり、プロテアーゼ活性およびエステラーゼ活性を示す。基質特異性の範囲が広く、動物性・植物性タンパク質、ペプチド、エステル、アミドを強力に加水分解する一方、ペプトンはほとんど加水分解しない。至適pHは6〜7、等電点（pI）は8.75である。至適温度は55〜65℃であるが耐熱性が高く、90℃でも完全には失活しない。酸化剤により阻害され、還元剤により活性化される。

触媒機構

パパインは、タンパク質またはポリペプチド中のアルギニンおよびリシンのカルボキシ末端側を加水分解し、N末端側に二つのカルボキシル基を有するアミノ酸、または芳香族L-アミノ酸を含むペプチド結合を優先的に加水分解する。パパインによるペプチド結合切断機構は、His-159の作用によりCys-25が脱プロトン化されることに始まる。続いてCys-25が求核剤としてペプチド鎖のカルボニル炭素を攻撃し、共有結合してアシル酵素中間体を形成する。その後、パパインは水分子と相互作用して脱アシル化を起こし、ペプチドのカルボニル末端を遊離させる。

製造方法

直接乾燥法：製造工程が簡便で迅速である一方、得られる製品は不純物を含む粗酵素にとどまり、色調不良、微生物数の規格超過、酵素活性の低下といった課題がある。本法は主として一部の工場で採用されるが、食品の衛生・安全に関する品質要求を満たしにくい。

噴霧乾燥法：遠心分離により一部不純物を除去した後に噴霧乾燥を行う。最終製品は比較的高い酵素活性を有し、不純物も少ない。しかし、噴霧時に製品が乾燥塔壁面へ付着しやすく、酵素活性の大幅なロスや水溶性の低下を招く。また、酵素活性の安定性も相対的に低い。

膜分離法：上記2法の欠点を回避できるだけでなく、安全性、酵素活性の損失が少ないこと、酵素活性の安定性が良好であること、高純度、白色度が高いこと、微生物数が低いこと等の利点を有する。

用途

食品産業：パパインは主として、ビールの耐寒性付与（ビール中タンパク質を加水分解し、低温貯蔵後の混濁を防止）、食肉の軟化（筋原線維タンパク質およびコラーゲンの加水分解）、穀類のプレクッキング調製等に用いられる。ビールの耐寒性付与および食肉軟化への適用は、他のプロテアーゼと比較して特に広範である。

学術研究：パパインは細胞培養実験において細胞分離に使用できる。小さな組織片を10分間パパイン処理することで細胞外マトリックスが分解され、細胞間結合が遮断される。その後、プロテアーゼ阻害剤を用いて反応を停止し、パパインによる細胞のさらなる溶解を防止する。免疫学分野では、パパインにより免疫グロブリンのFab断片からFc断片を分離することができる。