ポリフェノールオキシダーゼ

ポリフェノールオキシダーゼ（PPO；ポリフェノールオキシダーゼi、葉緑体とも呼ばれる）は、果実の褐変に関与する酵素であり、 1分子あたり4個の銅原子を含む四量体である。^{[ 1 ]}

PPOは、モノフェノールおよび/またはo-ジフェノールを基質として受け入れる可能性がある。 ^{[ 2 ]}この酵素は、ベンゼン環に単一のヒドロキシル置換基を持つモノフェノール分子のo-ヒドロキシル化を触媒してo-ジフェノール（ 1位と2位に2つのヒドロキシル置換基を持ち、その間に炭素がないフェノール分子）を生成する。 ^{[ 3 ]}また、o-ジフェノールの酸化を触媒してo-キノンを生成することもできる。^{[ 4 ]} PPOは、 o-キノンの急速な重合を触媒して、果実の褐変を引き起こす黒、茶色、または赤色の色素（ポリフェノール）を生成する。

アミノ酸チロシンは、PPO の作用によって酸化されてo-キノンを形成する単一のフェノール環を含んでいます。したがって、PPOはチロシナーゼとも呼ばれます。^{[ 5 ]}

この酵素を生成する一般的な食品には、キノコ（Agaricus bisporus）^{[ 6 ] [ 7 ]} 、リンゴ（Malus domestica）^{[ 8 ] [ 9 ]} 、アボカド（Persea americana）、バナナ（Musa属）^{[ 10 ]} 、レタス（Lactuca sativa ） ^{[ 11 ]}などがあります。フラバン-3-オールを多く含むがPPOが少ない果物（特にベリー類）は、スムージーでバナナとよく一緒に摂取されるため、フラバン-3-オールやその他のポリフェノールの生体利用率が低下します。^{[ 10 ]}

PPOはモルフェインに分類され、2つ以上の異なるホモオリゴマー（モルフェイン型）を形成できるタンパク質ですが、形態間を変換するには分離して形状を変える必要があります。モノマー、トリマー、テトラマー、オクタマー、またはドデカマーとして存在し、^{[ 12 ] [ 13 ]}複数の機能を生み出します。^{[ 14 ]}

植物において、PPOは合成と機能が不明なプラスチド酵素である。機能的な葉緑体では、擬似環状光リン酸化の媒介など、酸素化学に関与している可能性がある。^{[ 15 ]}

酵素命名法では、モノフェノールオキシダーゼ酵素（チロシナーゼ）とo-ジフェノール：酸素酸化還元酵素（カテコールオキシダーゼ）を区別している。チロシナーゼとカテコールオキシダーゼの基質特異性は、活性部位の2つの銅イオン周辺のアミノ酸によって制御されている。^{[ 16 ]}

モノフェノールオキシダーゼとカテコールオキシダーゼ酵素の混合物は、ほぼすべての植物組織に存在し、細菌、動物、真菌にも見られます。昆虫では、クチクラポリフェノールオキシダーゼが存在し^{[ 17 ]} 、その生成物が乾燥耐性に関与しています。

ブドウ反応生成物（2-Sグルタチオニルカフタル酸）は、PPOがカフタル酸に作用して生成される酸化化合物で、ワイン中に存在します。この化合物の生成は、一部の白ワインの褐変度が低い理由の一つです。

植物は寄生虫に対する一連の化学的防御の一つとしてポリフェノールオキシダーゼを利用している。^{[ 18 ]}

PPOの阻害剤には、酵素の銅部位の酸素と競合するものとフェノール類と競合するものの2種類がある。最近の研究では、高等植物の苗からPPO活性を除去するためにテントキシンも使用されている。 ^{[ 19 ]}トロポロンはブドウポリフェノールオキシダーゼ阻害剤である。^{[ 20 ]}この酵素の別の阻害剤はメタ重亜硫酸カリウムである。^{[ 21 ]}バナナの根のPPO活性はジチオスレイトールとメタ重亜硫酸ナトリウムによって強く阻害され、^{[ 22 ]}バナナの果実のPPOはアスコルビン酸（ビタミンC）に加えてジチオナイトナトリウムやシステインなどの同様の硫黄含有化合物によって阻害される。 ^{[ 23 ]}

ポリフェノールオキシダーゼの活性をモニタリングし、ポリフェノールオキシダーゼ阻害剤の阻害能を評価するために、いくつかのアッセイが開発されました。特に、紫外可視（UV/Vis）分光光度法に基づくアッセイが広く使用されています。^{[ 24 ]}最も一般的なUV/Vis分光光度法アッセイでは、ポリフェノールオキシダーゼ触媒反応の生成物であるo-キノンの生成、または基質の消費をモニタリングします。 ^{[ 25 ]} o-キノンと3-メチル-2-ベンゾチアゾリノンヒドラゾン塩酸塩（MBTH）などの求核試薬とのカップリングを含む代替分光光度法も使用されました。 ^{[ 26 ]}ポリアクリルアミドゲル電気泳動を用いた活性染色アッセイ、^{[ 27 ]}トリチウムベースの放射性アッセイ、^{[ 28 ]}酸素消費アッセイ、^{[ 29 ]}および核磁気共鳴（NMR）ベースのアッセイなどの他の技術も報告され、使用されている。^{[ 30 ]}

ポリフェノールオキシダーゼは、植物界と動物界全体に見られる酵素であり、ほとんどの果物や野菜にも含まれています。^{[ 31 ] [ 32 ]} PPOは、打撲、圧縮、またはへこみによって組織が損傷すると酵素的褐変を触媒し、農産物の市場性を低下させ、経済的損失を引き起こすため、食品産業にとって重要です。^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]} PPOによる酵素的褐変は、果物や野菜の栄養価の低下にもつながり、その価値をさらに低下させる可能性があります。^{[ 11 ] [ 31 ] [ 32 ]}

これらの PPO 反応の基質は、主に不適切な収穫によって損傷を受けた植物細胞の液胞に存在するため、PPO は褐変反応の連鎖を開始します。^{[ 33 ] [ 34 ]}スライスまたはピューレ状にした際に酸素にさらされると、果物や野菜で PPO による酵素的褐変も起こります。^{[ 32 ]} PPO によって触媒される褐変反応が望ましい例としては、アボカド、プルーン、サルタナブドウ、紅茶、生のコーヒー豆などがあります。^{[ 11 ] [ 32 ]}

プロフェノールオキシダーゼは、昆虫、カニ、ミミズなどの一部の無脊椎動物に見られる補体反応の修飾型である。^{[ 46 ]}

ヘモシアニンは、両酵素が銅型活性部位配位を共有しているため、フェノールオキシダーゼ（チロシナーゼなど）と相同性があります。ヘモシアニンもPPO活性を示しますが、活性部位の立体障害が大きいため反応速度が遅くなります。部分的な変性は、活性部位へのアクセスを容易にすることで、ヘモシアニンのPPO活性を実際に向上させます。^{[ 47 ]}

アウレウシジンシンターゼは植物ポリフェノールオキシダーゼと相同性があるが、いくつかの重要な改変が加えられている。

オーロンシンターゼ^{[ 48 ]}はオーロンの生成を触媒する。Coreopsis grandifloraから精製されたオーロンシンターゼはイソリクイリティゲニンに対して弱いチロシナーゼ活性を示すが、古典的なチロシナーゼ基質であるl-チロシンやチラミンとは反応しないため、カテコールオキシダーゼに分類されなければならない。^{[ 49 ]}

多銅酸化酵素であるラッカーゼは、ポリフェノール酸化酵素のサブクラスとみなされることが多い。^{[ 50 ]}ラッカーゼとポリフェノール酸化酵素は、触媒する基質の種類が異なる。カタコール酸化酵素（ポリフェノール酸化酵素の一種）は、オルト-ジフェノールをオルト-キノンに酸化する反応を触媒する。チロシナーゼ（別のポリフェノール酸化酵素）は、モノフェノールをオルト-ジフェノールに酸化する反応と、それに続くオルト-ジフェノールをオルト-キノンに酸化する反応の両方を触媒する。一方、ラッカーゼは、パラ-ジフェノールをパラ-キノンに酸化する反応を触媒する。^{[ 51 ]}

• カテコールオキシダーゼ
• チロシナーゼ