タンナーゼ

関連する読書

Tannase (EC 3.1.1.20)は加水分解酵素のクラスに属します。これは、ジガラートの加水分解を触媒します。この酵素クラスの系統名はタンニンアシルヒドロラーゼです。一般的に使用される他の名前には、タンナーゼSやタンニンアセチルヒドロラーゼが含まれます。タンナーゼは自然に適応した細胞内/細胞外誘導型の加水分解酵素であり、エステラーゼスーパーファミリーに分類されます。タンナーゼは植物、動物、微生物から得られますが、微生物由来のタンナーゼは植物や動物の供給源よりも安定性が高いため、より広範囲にわたります。

構造

自然のB. subtilis タンナーゼは9.3%のαヘリックス、33.6%の平行βシート、17.2%のβターン、39.9%のランダムコイルで構成されています。β構造はタンナーゼの活性において支配的な役割を果たし、タンナーゼの二次構造はその微小環境（温度とpH）に厳密に依存しています。B. Subtilis タンナーゼの走査プローブ顕微鏡分析（SPM）では、タンナーゼが異なる程度の凝集を示し、構造は円形または楕円形に似ており、サイズは異なり、平均直径は44 nmです。タンナーゼの結晶構造は小さな板状の結晶です。L. plantarum タンナーゼの三次元構造分析では、18のαヘリックスと13のβストランドを持つα/β構造を示すことが明らかになりました。

図1. 結晶構造 (a) と L. plantarumタンナーゼの三次元リボン (b). (Jana A. 2014)

物理化学的特性

タンナーゼの特性は種によって異なります。タンナーゼの分子量は46.5-90 kDaであり、モノマーとして存在しますが、Rhodococcus sp.およびL. plantarum 由来のタンナーゼは2つのサブユニットを含みます。これまでのところ、酵母や真菌由来のすべてのタンナーゼは糖タンパク質ですが、細菌にはそのような翻訳後修飾はないようです。タンナーゼは酸性タンパク質で、最適pH範囲は4.5-7.0です。さまざまな種類のタンナーゼの最適温度は異なり、ほとんどの細菌タンナーゼの最適温度は30〜40 °Cの間です。メチルガラートを基質として使用し、反応温度が30〜40 °Cのとき、Selenomonas ruminantium およびEnterobacter sp.由来の細菌タンナーゼの基質親和性（Km）はそれぞれ1.6および3.7でした。細菌タンナーゼの28%以上は、最大触媒効率を刺激するために金属イオンを補因子として必要とします。また、B. subtilis タンナーゼの活性は、グリセロール、イソプロパノール、エタノール、メタノール、イソアミルアルコールなどの極性プロトン溶媒で増加し、ブタノール、酢酸、アセトンはタンナーゼの活性を低下させることがわかっています。

触媒メカニズム

タンナーゼはタンニンの生分解において最も研究された酵素です。これは、ガラノニン、ガル酸エステル、エピガロカテキンガレート、エピカテキンガレートなどのさまざまな基質のエステルおよびデプシド結合の加水分解を触媒し、ガル酸とグルコースを放出します。L. plantarum タンナーゼは、1つのα/β-ヒドロラーゼドメイン（残基4-204および396-469）と「ふた」ドメイン（残基205-395）の2つのドメインで構成されています。凍結保護剤溶液中のグリセロール分子は、タンナーゼの活性部位に結合し、基質に対するガロイル部分の結合を模倣します。タンナーゼの活性部位はα/β-ヒドロラーゼドメインに位置し、そこには触媒トライアドである3つのアミノ酸残基Ser163、Asp419、His451があります。L. plantarum タンナーゼは18のαヘリックスと13のβストランドを含み、Ser163はβ6とα6の間のGly161-X-Ser163-X-Gly165ペンタペプチドモチーフに存在します。活性部位では、Ser163がHis451のイミダゾール環のNE2原子と水素結合を形成します。反応中、His451はSer163のヒドロキシル基を脱プロトン化し、Ser163はAsp419との水素結合によって安定化されます。

図2. 活性部位 (e) およびL. plantarum タンナーゼの触媒トライアド領域 (f). (Jana A. 2014)

応用

タンナーゼは、グルコースとケブリニン酸、ガル酸、ヘキサヒドロフェニック酸のエステル結合を切断することによって果実の熟成に関与します。タンナーゼは、食品、飼料、飲料、製薬、化学産業でガル酸、インスタントティー、コーヒー風味の清涼飲料、アクロンワインを生産するためにも使用されます。さらに、タンナーゼはビールやジュースの澄明化、ワインの風味向上、動物飼料の製造にも使用されます。化学産業では、タンナーゼは分析プローブの準備、自然に存在するガル酸エステルの構造の決定、癌細胞の検出、オリーブオイルや皮革産業におけるタンニンを含む廃水の処理に使用されることがあります。

参考文献

1. Jana, A., Halder, S.K., Banerjee, A., Paul, T., Pati, B.R., Mondal, K.C., Mohapatra, P.K.D. Biosynthesis, structural architecture and biotechnological potential of bacterial tannase: A molecular advancement. Bioresource Technology, 2014, 157:327–340.
2. Rivas, B., Rodríguez, H., Anguita, J., Muñoz, R. Bacterial tannases: classification and biochemical properties. Appl Microbiol Biotechnol, 2019, 103(2):603-623.