プロテイナーゼ

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プロテアーゼは、タンパク質のペプチド鎖を加水分解する酵素群の総称である。ポリペプチドの分解様式により、エンドペプチダーゼ（内ペプチダーゼ）とエキソペプチダーゼ（外ペプチダーゼ）に分類される。前者は高分子量のポリペプチド鎖を分子内部で切断し、より低分子量のペプチドおよびペプトンを生成する。後者はさらにカルボキシペプチダーゼおよびアミノペプチダーゼに分けられ、ポリペプチドの遊離カルボキシル末端または遊離アミノ末端から順次ペプチドを切り出す。

図1．プロテアーゼのタンパク質構造。

分類

タンパク質のペプチド結合を加水分解する酵素群の総称である。ポリペプチドの加水分解様式により、エンドペプチダーゼとエキソペプチダーゼに分類される。エンドペプチダーゼはタンパク質分子内部を切断して低分子化し、ペプチドおよびペプトンを生成する。エキソペプチダーゼはタンパク質分子の遊離アミノ末端または遊離カルボキシル末端からペプチド結合を一つずつ加水分解し、アミノ酸を遊離させる。前者がアミノペプチダーゼ、後者がカルボキシペプチダーゼである。活性中心および至適pHに基づき、プロテアーゼはセリンプロテアーゼ、システイン（スルフヒドリル）プロテアーゼ、メタロプロテアーゼ、アスパラギン酸プロテアーゼに分類される。反応の至適pHにより、酸性プロテアーゼ、中性プロテアーゼ、アルカリ性プロテアーゼにも区分される。工業生産で用いられるプロテアーゼは主としてエンドペプチダーゼである。

特異性

タンパク質分解は基質特異性が低い場合があり、複数のタンパク質基質が加水分解され得る。これはトリプシンなどの消化酵素に典型的であり、より小さなペプチド断片へと分解するため、多様なタンパク質配列を切断できる必要がある。基質特異性の低い（プロミスキュアスな）プロテアーゼは、通常、基質上の単一のアミノ酸残基に結合し、その残基に対してのみ特異性を示す。

トリプシンの機能

トリプシンは、細胞間のタンパク質を加水分解して細胞を解離させる。組織または細胞の種類により、パンクレアチンの作用に対する反応は異なる。パンクレアチンによる細胞分散の活性は、その濃度、温度および作用時間にも依存する。pH 8.0、温度37℃において、パンクレアチン溶液の作用が最も強い。パンクレアチン使用時は、過消化による細胞障害を回避するため、濃度、温度および処理時間を適切に管理する必要がある。

用途

プロテアーゼは最も重要な工業用酵素製剤の一つであり、タンパク質およびポリペプチドの加水分解を触媒し、動物の臓器、植物の茎葉や果実、ならびに微生物に広く存在する。プロテアーゼは、チーズ製造、食肉の軟化、植物性タンパク質の改質に大量に使用される。さらに、ペプシン、キモトリプシン、カルボキシペプチダーゼ、アミノペプチダーゼはいずれもヒト消化管内のプロテアーゼであり、これらの作用により、摂取されたタンパク質は小ペプチドおよびアミノ酸へと加水分解される。現在、製パン産業で使用されるプロテアーゼには、カビ由来プロテアーゼ、細菌由来プロテアーゼ、植物由来プロテアーゼが含まれる。パン製造におけるプロテアーゼの適用はグルテンの性状を変化させ、その作用様式は、製パン工程における機械的作用や還元剤による化学反応とは異なる。プロテアーゼの役割はジスルフィド結合を切断することではなく、グルテンの三次元網目構造を分解することである。パン製造におけるプロテアーゼの作用は、主として生地の発酵工程で発現する。

阻害剤

プロテアーゼの活性はプロテアーゼ阻害剤により阻害される。プロテアーゼ阻害剤の一つにセルピン（serpin）スーパーファミリーがある。これには、α1-アンチトリプシン（自己の炎症性プロテアーゼの過剰作用から生体を保護する）、α1-アンチキモトリプシン（同様の作用を有する）、C1インヒビター（プロテアーゼ誘導性の補体系過剰活性化から生体を保護する）、アンチトロンビン（過剰凝固から生体を保護する）、プラスミノーゲンアクチベーターインヒビター-1（プロテアーゼ誘導性線溶を阻害することで不十分な凝固から生体を保護する）、およびニューロセルピンが含まれる。

図2．天然プロテアーゼ阻害剤：リポカリンタンパク質ファミリー。