ペクチンリアーゼ

ペクチンリアーゼは、植物細胞壁に存在する複雑な構造を持つ多糖類酵素です。ペクチンの分解やさまざまなバイオテクノロジーや産業用途で重要な役割を果たしています。さまざまな生物に存在します。^[1]

ペクチンリアーゼは、 EC番号（EC4.2.2.10）を持つ酵素です。これは、触媒される化学反応に基づいた酵素の数値分類システムです。^[2]

ペクチンリアーゼは植物細胞壁に含まれる成分です。この酵素は細胞壁内部のグリコシド結合を切断して不飽和生成物を生成します。ペクチンリアーゼは果実の成熟や植物細胞壁の再構築など、いくつかの生物学的プロセスに不可欠です。酵素の反応経路には、基質と活性部位への結合、グリコシド結合の切断、不飽和生成物の形成、生成物の放出が含まれます。ペクチンリアーゼは植物材料の腐敗に不可欠であり、食品産業やバイオテクノロジーでよく使用されます。^[3]

植物（果物と野菜）など、ペクチンリアーゼ酵素を含む生物は多数ありますが、特に、柑橘類、リンゴ、カボチャなど、一部の植物は果実の成熟中に内部ペクチンリアーゼを生成し、細胞壁のペクチンの分析につながります。柑橘類、リンゴ、ザボンの廃棄物残渣とその皮は、食品業界でジュースを製造する際の副産物と見なされているため、ペクチン製造の主な原料です。また、その剛性と柔軟性により、病原性微生物によって引き起こされる損傷から植物を保護するのに役立ちます。植物細胞培養では、酵素セルラーゼと組み合わせて植物細胞壁を分解し、プロトプラストを生成します。ペクチンは、さらされる条件に応じて化学的挙動に多様性を示します。酸、アルカリ、またはペクチナーゼが存在する場合、エステル加水分解またはグリコシド結合切断を受けてガラクツロン酸とアルコールを生成することができます。ペクチンは、低pHや高糖濃度などの特定の条件にさらされると、糖、酸、カルシウムイオンの存在下でゲルを形成する能力があります。ペクチンのこのゲル形成特性は、医薬品業界や食品業界で一般的に使用されており、さまざまな食品加工用途で増粘剤、安定剤、乳化剤として機能します。これだけでなく、ペクチンは、糖尿病や肥満などの症状の予防と治療を目的とした健康関連製品の製造を含む、医薬品、化粧品、その他の業界でも不可欠です。^[3]

Aspergillus niger の 2 つの異なる株 N400 と 4M-147 のペクチンリアーゼ A (PNLA) の結晶構造。PNLA は、平行 β シート構造を持ち、アミノ酸スタックやアスパラギンラダーなどのペクチンリアーゼといくつかの構造的特徴を共有していることを示しています。3 次元構造は、1.7Å の解像度で Aspergillus niger のペクチンリアーゼ B (PNLB) の構造を特定するために使用されました。^[1]

このペクチンリアーゼの結晶構造の画像は、両方のペクチンリアーゼ（PNLA および PNLB）の構造的特徴を表しています。文字 A は、株 4M-147 の（PNLA）を示しています。（A）では、ペクチンリアーゼ A 構造の概要が、β ストランドの矢印とヘリックスのコイルで示されています。平行 β シート 1（PB1）は黄色、緑色は PB2、赤色は PB3、青色は反平行 β シートに長い T3 ループがあることを示しています。（PNLB）に移ると、文字 B はペクチンリアーゼのバックボーンを示しており、ピンクのコイルはヘリックスを示し、矢印は β 構造を示しています。黄色は平行 β シート PB1、青色は PB2、赤色は PB3 を示しています。オレンジ色は、最初の T3 ターンの反平行 β 構造と、3 番目の T3 ループの短い β ストランドを示しています。さらに、太い黒線はジスルフィド結合の位置を表しています。^[1]

すべての酵素には活性部位があり、これは基質が結合して化学反応を起こす特定の領域です。ペクチンのこの領域には、ペクチンに付着してグリコシド結合の分解を触媒し、基質特異性を保証し、反応中間体を安定化する特殊なアミノ酸残基が含まれます。活性部位は、植物細胞壁に存在する複合多糖類として知られるペクチンをペクチンリアーゼが効率的に分解する能力にとって極めて重要です。^{[引用が必要]}

この酵素クラスの系統名は(1→4)-6- O -メチル-α- D -ガラクツロナンリアーゼです。一般的に使用される他の名前は次のとおりです。

ペクチンリアーゼは、繊維産業、製紙業、ペクチンの廃水前処理、ジュースの清澄化、油の抽出など、多くのバイオテクノロジー用途で重要な役割を果たしています。ペクチン分子の骨格をβ脱離によって効率的に破壊し、ペクチンオリゴ糖を形成する能力があります。その結果、この方法では有毒なメタノールが大量に生成されず、このプロセスは効率が高く、酵素選択性が高く、副産物が少ないという利点があります。^{[3] [1]}

さらに、市販のペクチナーゼには望ましくない酵素活性が存在するため、不快な揮発性の異臭を発生させ、香りに悪影響を及ぼす可能性があります。ペクチンリアーゼによる果汁の清澄化に関する報告は多数あります。

アルカリペクチナーゼは、果汁の pH が酸性であるため、食品業界での使用には適していません。しかし、繊維業界では非常に高い需要があります。ラミー、サンヘンプ、ジュート、亜麻、麻などの植物繊維の脱穀に使用されます。Aspergillus flavus MTCC 7589によって生成されるペクチンリアーゼによるサンヘンプ (Crotalaria juncea) の脱穀に関する最初の報告は2008 年に発表されましたが、ペクチンリアーゼのこの側面については、さらに広範囲に調査する必要があります。^{[4] [5] [6] [7]}

• アルバースハイム P、ノイコム H、デューエル H (1960)。 「Uber die Bildung von ungesattigten Abbauprodukten durch ein pekinabbauendes Enzym」。ヘルブ。チム。アクタ。43 (5): 1422–1426。土井：10.1002/hlca.19600430525。
• Pickersgill R、Jenkins J (1997)。「Aspergillus 由来のペクチンリアーゼ A の 2 つの結晶構造は、pH による構造変化と、ペクチンリアーゼとペクチン酸リアーゼの基質結合溝の顕著な相違を明らかにした」。構造。5  ( 5 ) : 677–89。doi : 10.1016 /S0969-2126(97)00222-0。PMID 9195887。
• Kester HC、Visser J (1994)。「Aspergillus niger 由来の新規ペクチン分解酵素、ペクチンリアーゼ B の精製と特性解析」。FEMS Microbiol. Lett . 120 (1–2): 63–68. doi : 10.1111/j.1574-6968.1994.tb07008.x。
• Mutenda KE、Korner R、Christensen TM、Mikkelsen J、Roepstorff P (2002)。「質量分析法によるペクチンリアーゼAの活性と特異性の判定」Carbohydr. Res . 337 (13): 1217–27. doi :10.1016/S0008-6215(02)00127-1. PMID  12110197。