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パパイン（パパイヤプロテアーゼIとも呼ばれる）は、パパイヤ（Carica papaya）とマウンテンパパイヤ（Vasconcellea cundinamarcensis ）に含まれるシステインプロテアーゼ（EC 3.4.22.2）酵素である。パパイン様プロテアーゼファミリーの代表格として知られている。
皮革、化粧品、繊維、洗剤、食品、医薬品業界で幅広い商業用途があります。食品業界では、パパインは多くの市販の肉軟化剤の有効成分として使用されています。[ 1 ]
パパインは、エンドペプチダーゼ、アミノペプチダーゼ、ジペプチジルペプチダーゼ、およびエキソペプチダーゼ活性とエンドペプチダーゼ活性の両方を持つ酵素など、さまざまな活性を持つパパイン様プロテアーゼファミリーとして知られる関連タンパク質のファミリーに属しています。 [ 2 ]パパインファミリーのメンバーは広く分布しており、バキュロウイルス[ 3 ]、真正細菌、酵母、および事実上すべての原生動物、植物、哺乳類に見られます。[ 2 ]これらのタンパク質は通常リソソームまたは分泌され、酵素活性化にはプロペプチドのタンパク質分解切断が必要ですが、ブレオマイシンヒドロラーゼは真菌と哺乳類では細胞質にあります。[ 4 ]パパイン様システインプロテアーゼは基本的にN末端プロペプチド領域を持つ不活性プロ酵素（チモーゲン）として合成されます。これらの酵素の活性化プロセスには、生体内および試験管内でさまざまな機能を果たすプロペプチド領域の除去が含まれます。プロ領域は、新たに合成された酵素の適切な折り畳み、ペプチダーゼドメインの不活性化、および中性からアルカリ性のpH条件下での酵素の変性に対する安定化に必要です。プロ領域内のアミノ酸残基は膜結合を媒介し、プロ酵素のリソソームへの輸送に役割を果たします。プロペプチドの最も注目すべき特徴の1つは、対応する酵素の活性を阻害する能力であり、特定のプロペプチドは、由来するペプチダーゼの阻害に対して高い選択性を示すことです。[ 5 ]
パパイン前駆体タンパク質は345個のアミノ酸残基からなり、[ 6 ]シグナル配列（1-18）、プロペプチド（19-133）、成熟ペプチド（134-345）から構成される。アミノ酸番号は成熟ペプチドに基づいている。このタンパク質は3つのジスルフィド結合によって安定化されている。その三次元構造は、2つの異なる構造ドメインとそれらの間に溝から構成される。この溝には活性部位があり、そこにはキモトリプシンの触媒三残基に類似した触媒二残基が存在する。触媒二残基は、アミノ酸システイン-25（このアミノ酸から分類されている）とヒスチジン-159から構成される。アスパラギン酸-158は、セリンプロテアーゼの触媒三残基におけるアスパラギン酸の役割と同様の役割を果たすと考えられていたが、その後、それは否定された。[ 7 ]
パパインがペプチド結合を切断するメカニズムは、脱プロトン化されたシステインとの触媒ダイアドの使用を伴う。[ 8 ]近くのAsn-175は、 His-159のイミダゾール環を触媒Cys-25の脱プロトン化を可能にするように配向させるのに役立つ。このシステインは、ペプチド骨格のカルボニル炭素に対して求核攻撃を行う。これにより、共有結合アシル酵素中間体が形成され、ペプチドのアミノ末端が遊離する。酵素は水分子によって脱アシル化され、ペプチドのカルボキシ末端部分が遊離する。免疫学では、パパインは免疫グロブリン（抗体）のFc（結晶化可能）部分をFab（抗原結合）部分から切断することが知られている。
パパインは比較的耐熱性の高い酵素で、最適温度範囲は60～70 ℃である。[ 9 ]
パパインは、疎水性ユニット（アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、トリプトファン、チロシン）に先行され、バリンに続かないアルギニンまたはリジンの後に切断することを好みます。[ 10 ]
パパインは硬い肉の繊維を分解し、ヨーロッパ人との接触以前から、その原産地である南米で食用肉を柔らかくするために使用されていました。パパインを有効成分とする粉末状の肉軟化剤は広く販売されており、パパイヤの皮の料理への利用は研究論文で取り上げられています。[ 1 ] [ 11 ]
パパインは、細胞培養準備の最初のステップで細胞を解離するために使用できます。小さな組織片（1 mm 3未満）を 10 分間処理すると、パパインが細胞を結合している細胞外マトリックス分子の切断を開始します。10 分後、組織をプロテアーゼ阻害剤溶液で処理してプロテアーゼの作用を停止する必要があります。処理せずに放置すると、パパインの活性により細胞が完全に溶解します。次に、組織片を単一の細胞懸濁液にするために、組織をトリチュレーション（パスツールピペットを通して素早く上下に通過させる）する必要があります。
また、アキュザイムをはじめとする様々な酵素系デブリードメント製剤の成分としても使用されています。これらの製剤は、慢性創傷の治療において、壊死組織を除去するために使用されます。
パパインは歯のホワイトニング剤として一部の歯磨き粉やミントキャンディーに添加されています。パパインは低濃度で含まれており、唾液によってすぐに希釈されるため、ホワイトニング効果はごくわずかです。目に見える効果を得るには数ヶ月の使用が必要です。[ 12 ]
パパインは、化学機械的う蝕除去に使用されるゲルであるパパカリエの主成分です。ドリルを必要とせず、修復材料と象牙質の接着強度を妨げません。[ 13 ]
パパインはカンナビノイドの尿薬物検査を妨害することが知られている。[ 14 ]一部の薬物解毒製品に含まれている。
最近、パパインが光起電力セルに使用される二酸化チタンの薄膜を組み立てるために使用できることが実証されました。[ 15 ]
パパインは、さまざまな種類の注射療法を評価するために、変性椎間板疾患モデルを作成するためにも使用されています。[ 16 ] [ 17 ]
パパインで消化された抗体は、2つの50 kDa Fabフラグメントと1つの50 kDa Fcフラグメントの3つのフラグメントを生成します。パパイン で消化さ れた抗体は凝集、沈殿、オプソニン化、溶解を促進することはできませんが、Fabフラグメントは適切な抗原に結合して中和することができ、これは、 CroFabとして知られるヒツジ抗クロタリド毒素抗体製剤や、急性過剰摂取時に心臓薬ジゴキシンを中和するために使用される同様のヒツジ抗血清フラグメントであるDigibindの使用で最もよく見られます。
パパインは通常、パパイヤの果実から樹液を採取して乾燥させた粗製原料として製造されます。樹液は、果実の首の部分に切り込みを入れ、果実上で乾燥するか容器に滴り落ちるようにして採取されます。この樹液はさらに乾燥され、乾燥粗製原料として分類されます。不純物を除去するために精製工程が必要です。この精製工程は、政府登録されたプロセスによって活性パパイン酵素系を溶解・抽出することによって行われます。精製されたパパインは、粉末または液体として供給されます。
2008 年 9 月 23 日、米国食品医薬品局(FDA) は、パパインを含む眼科用バランス塩溶液および局所用医薬品の販売を 2008 年 11 月 4 日までに中止するよう企業に警告した。FDA は、「パパインを含む局所用医薬品は、これまで承認なしに販売されてきた」と述べた。[ 18 ]この件に関する FDA の声明によると、「これらの未承認製品は、未承認のバランス塩溶液による永久的な視力喪失の報告から、局所用パパイン製品による深刻な血圧低下や心拍数増加に至るまで、消費者の健康を危険にさらしてきた」と、医薬品評価研究センター所長のジャネット・ウッドコック氏は述べた。
パパイン含有外用軟膏は、糖尿病性潰瘍、褥瘡、静脈瘤性潰瘍、外傷性感染創などの急性および慢性病変における壊死組織や汚染組織の除去に使用されます。これらの製品の商品名には、Accuzyme、Allanfil、Allanzyme、Ethezyme、Gladase、Kovia、Panafil、Pap Urea、Zioxなどがあります。その他の製品は、有効成分名で販売されており、例えばパパイン尿素軟膏などがあります。
2008年、FDAはパパイン含有製品を使用した患者に深刻な副作用の報告があったことを受け、これらの製品に対する措置を講じる意向を発表しました。報告された副作用には、低血圧や頻脈を引き起こす過敏症（アレルギー）反応が含まれていました。さらに、ラテックスアレルギーのある人は、パパインの原料であるパパイヤにもアレルギー反応を起こす可能性があるため、ラテックスアレルギーのある人は、局所用パパイン製剤に対する副作用のリスクが高まる可能性があります。
FDAは、外用パパイン製剤の使用について懸念がある場合は、使用を中止するために医療提供者に相談するよう勧告した。