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| ジンジバイン | |||||||||
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 PYMOL が生成したジンジバインモノマーの 3D 構造 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 3.4.22.67 | ||||||||
| CAS番号 | 246044-91-7 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
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ジンジベイン、ジンギパイン、またはショウガプロテアーゼ（EC 3.4.22.67）は、ショウガ（Zingiber officinale）の根茎に含まれるシステインプロテアーゼ 酵素です。[1] [2] [3] P2位にプロリン残基を持つペプチドの優先的な切断を触媒します。ショウガプロテアーゼI（GP-I）とショウガプロテアーゼII（GP-II）の2つの異なる形態があります。 [4]
ジンジベインはシステインプロテアーゼのパパイン様プロテアーゼファミリーの一員であり、パパイン、ブロメライン、アクチニジンなど、よりよく研究されている酵素といくつかの構造的および機能的類似点を共有しています。これらのペプチダーゼは、ペプチド結合の加水分解切断を触媒する活性システイン残基をその中心に含んでいます。ジンジベインは、プロテアーゼおよびコラーゲナーゼとしての活性で知られています。[1]
ジンジベインは1973年に日本女子大学の市川らによって初めて単離、精製され、報告されました。[5]最近、ジンジベインはクロマトグラフィーによって単離された分子量約22,500 Daの2つのアイソザイム、GP-IとGP-IIとして存在することが判明しました。 [5]
機構
ジンジベインは、活性部位の Cys、His、および Asn 残基の触媒 3 組を利用して、ペプチド結合を加水分解的に切断します。Asn175 の存在により、 His のイミダゾール環が安定化され、加水分解を触媒するのに最適な位置に配置されるようになります。
このメカニズムは、Cys25からHis159へのプロトン移動から始まります。[6]次に、硫化物イオンがアミノ酸のアルファ炭素を攻撃し、アミン基を置換してHis159に結合します。[6]安定化されたアミノ酸のアルファ炭素は、水分子によって攻撃され、Cys25の硫化物を置換してアミノ酸をカルボン酸に変換し、酵素活性部位から放出されます。[6]
チオール基保護剤として知られているジチオトレイトールの実験的導入はタンパク質分解活性を改善し、中心のシステイン残基が酵素活性に重要であることをさらに証明した。[7]
ジンジベインは60℃で最大の代謝率を示し、70℃で急速に変性します。[8]ショウガと一緒に調理してもタンパク質分解はほとんど妨げられません。パパインとフィシンの最適温度範囲はジンジバインに比べて高く、ブロメラインはわずかに低い範囲で作用します。[7]
ジンジベインの最大のタンパク質分解活性はpH6.0で発生しますが、酵素はpH4.5〜6.0（肉のマリネに最適なpH ）の範囲でもまだ活性です。[7]
2つのアイソザイムのうちより酸性度が高いGP-IIはpIが4.82で、GP-Iは5.05または5.16のpI値を示します。[1]これらの複数のpI値は、GP-Iが2つのタンパク質の混合物である可能性があるという理論を裏付けています。
構造
ジンジベインは2000年にボストン大学の研究者によって初めて精製され、X線結晶構造解析によって特徴付けられました。[1]
この酵素は221アミノ酸から成り、Asn96とAsn154に2つのN結合型オリゴ糖鎖でグリコシル化されている。 [3]ジンジベインのポリペプチド鎖は、中央の中性溝によって分割された、ほぼ同じ大きさの2つの極性ドメインに折り畳まれる。[3]最初のドメインにはαヘリックスが含まれ、2番目には反平行 βシートが含まれる。[3]この極性領域と非極性領域の分離により、酵素と広範囲の基質との間のタンパク質間相互作用が促進される。[3]
ジンジベインの活性部位は中央の溝に位置し、深さ5.5Å、長さ9.5Åである。[3]活性部位にはCys25、His159、Asn175の触媒三位一体が含まれており、これらが協調して酸塩基触媒を可能にする。
ジンジベインは、P2位にプロリンを持つペプチド基質に結合特異性を示します。[1]ジンジベインのS2サブサイトには、Trp67-Met68-Asn69-Thr133-Ala157というアミノ酸鎖が含まれており、このため、パパインファミリーの他の酵素が好むより大きな疎水性芳香族基質残基を収容するにはサイトがコンパクトすぎます。[1]しかし、プロリンはこの領域との複数の非共有結合相互作用によって安定化されます。
酵素構造は、他の多くのパパインと同様に、水素結合と、3対のシステイン残基（Cys22-Cys63、Cys56-Cys95、およびCys153-Cys200）間の架橋硫化物結合によって安定化されている。 [1]
酵素は溶液中では単量体として存在するが、結晶化したジンジベインは各サブユニット上のグリコシル化鎖によって結合した四量体、または二量体の二量体を形成する。ジンジベインは2つの残基で複合型のN結合型オリゴ糖鎖を示す。 [1]鎖は5〜13グリコシル単位の長さで、N-アセチルグルコサミン、フコース、マンノース、およびキシロースで構成される。ジンジベインの糖配列は、日本のエンジュ種子のレクチン、プラタナスの細胞からのラッカーゼA 、およびBrassica campestrisからのS糖タンパク質に見られるオリゴ糖とほぼ同じである。[1]
生物学的意義
ショウガの根茎内では、ショウガプロテアーゼが植物細胞の維持と保全のための複数の機能的役割に関与しています。
ジンジベインは、ほとんどのシステインプロテアーゼと同様に、細胞膜に結合した細胞質ポリソーム内で40～50 kDaのプロタンパク質として合成されます。[9]小胞体内で、これらの細長い鎖はKDEL ER保持シグナルでタグ付けされ、 ERから細胞壁のタンパク質貯蔵液胞に移動する大きなKDEL小胞に配置されます。[9]
ジンジベインはおそらくタンパク質貯蔵（種子または植物組織内）に関与しているが、主に貯蔵タンパク質を分解して動員する。また、熱ショック、低温、脱水などの非生物的および生物的ストレスに反応して、結果として生じる誤って折り畳まれたり変性したタンパク質を除去することもできる。[9]
用途
肉軟化剤
パパイヤ由来のパパインやパイナップル由来のブロメラインと同様に、肉を柔らかくする目的で使用されています。[10] [11]
ジンジベインを生のショウガや乾燥したショウガと一緒に肉料理に加えると、肉の柔らかさが増すことがわかっています。[8] [12]肉が柔らかくなるのは、ジンジベインが肉の主要な筋肉タンパク質、特に筋肉の関節に含まれるアクトミオシンとI型コラーゲンを急速に分解するためです。[8]
パパイン、フィシン、ブロメラインなどの他のパパイン酵素は、肉を柔らかくするためによく使用されますが、ジンジベインは、同様の、またはより高いタンパク質分解活性を示します。[11]実際、ジンジベインは、コラーゲン分解活性を持つ唯一のカタログ化された植物性プロテアーゼです。ジンジベインは、生成される肉の食感のため、パパインよりも好ましい肉軟化剤である可能性があります。パパインはアクトミオシンを加水分解できますが、他の主要な組織タンパク質も分解し、肉の食感を柔らかくします。[11]ジンジベインの結合の特異性により、アクトミオシンとI型コラーゲンが主に加水分解されます。
ジンジベインはソーセージや焼き菓子の風味付けにも使われる。[8]
レンネット代替品
過去 100 年以上にわたり、ショウガプロテアーゼは伝統的に牛乳を凝固させて、熱い牛乳とショウガジュースから作るゼリー状の広東料理であるショウガミルクカードを作るために使用されてきました。ショウガプロテアーゼの牛乳凝固能力とκ-カゼインのタンパク質分解に対する特異性により、この酵素はチーズ製造における植物性レンネットの潜在的な代替品となっています。
牛乳の凝固は、伝統的にレンネットなどの原料から抽出した凝固酵素によって行われます。レンネットでは、3 つのキモシンアイソザイムが、牛乳内の主要なタンパク質成分である κ-カゼインをPhe105とMet106の間で加水分解します。κ-カゼインの親水性サブ領域が切断され、大部分が疎水性の凝集体が残ります。酵素はこのように κ-カゼインミセルを不安定にし、疎水性タンパク質残基の凝集を促進して牛乳を凝固させます。
レンネットの主な産業上の欠点としては、供給量が限られていてコストが高いこと、菜食主義者や特定の宗教団体の信者が入手しにくいこと、そして最近ヨーロッパ各国で組換え子牛レンネットの使用が禁止されていることなどが挙げられます。[13]真菌プロテアーゼはレンネットの代用品としてはあまり適しておらず、多くの植物抽出物の酵素はチーズの収量が少なく、食感が悪く、苦味があることがわかっています。[13]
商業上の欠点
しかし、ショウガ抽出物から抽出された粗ショウガプロテアーゼは不安定で、半減期は5℃で約2日であり、商業的応用には問題があります。[14]酵素の半減期は調理中の効能を妨げませんが、この低い保存安定性は商業化のために改善が必要です。
酵素を大規模生産用に安定化する商業的試みでは、酵素の活性部位内の遊離スルフィドリル基を不活性化する可能性のある方法が調査されてきた。メカニズムの可能性としては、スルフィドリルの酸化、ジスルフィド結合との交換、キノン-チオール付加物の形成、またはスルフィドリルと重金属イオンの結合などが挙げられる。[14] 0.2%アスコルビン酸ナトリウムはジンジベインを5℃で最大14日間安定化させることが判明したが、同等の濃度のEDTAとCaCl 2は安定性にほとんど影響を与えなかった。[14]
ジンジベインは自己分解によって不活性化することが観察されているが、活性スルフィドリル基をシスチンまたはPCMBと反応させることでこれを阻止することができる。 [14]
アセトン粉末は、ジンジベインの安定化に有効な商業的方法です。粗生姜から疎水性植物ポリフェノールを取り除いた後、根の果肉を脱水するために低温でアセトン粉末を導入します。[14]酵素は、水分活性の低下、植物色素の濃度の低下、低温でのより硬い3D構造により安定化します。[14]
参照
参考文献
- ^ abcdefghi Choi KH、Laursen RA (2000)。「ショウガ根茎Zingiber officinale由来のプロリン特異性システインプロテアーゼのアミノ酸配列とグリカン構造」。Eur . J. Biochem. 267 (5): 1516–26. doi : 10.1046/j.1432-1327.2000.01152.x。PMID 10691991 。
- ^ 大月和也、田口和也、佐藤和也 他（1995年）。 「DEAE-セファロースおよび等電点電気泳動によるショウガプロテアーゼの精製」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - 一般科目。1243 (2): 181-4。土井：10.1016/0304-4165(94)00145-n。PMID 7873561。
- ^ abcdef Choi KH、 Laursen RA、Allen KN (1999)。「ショウガの根茎、Zingiber officinale由来のプロリン特異性を持つシステインプロテアーゼの2.1A構造」。生化学。38 (36): 11624–33。doi :10.1021/bi990651b。PMID 10512617 。
- ^ Huang XW、Chen LJ、 Luo YB、et al. (2011)。「ショウガプロテアーゼの精製、特性評価、およびミルク凝固特性」。J . Dairy Sci. 94 (5): 2259–69。doi : 10.3168 /jds.2010-4024。PMID 21524515 。
- ^ ab 喜美代、道; 初世、佐々。 芳江、市川 (1973) 「ショウガタン白分解酵素の分離精製」。栄養と食糧。26 (6): 377–383。土井：10.4327/jsnfs1949.26.377。ISSN 1883-8863。
- ^ abc Rzychon M、Chmiel D、Stec-Niemczyk J (2004)。 「システインプロテアーゼの阻害様式」。アクタ ビオキミカ ポロニカ。51 (4): 861–73。PMID 15625558。
- ^ abc Thompson EH、Wolf ID、Allen CE (1973)。「ショウガの根茎：タンパク質分解酵素の新たな供給源」。J . Food Sci. 38 (4): 652–655. doi :10.1111/j.1365-2621.1973.tb02836.x。
- ^ abcd Lee YB、Sehnert DJ、Ashmore CR (1986)。「ショウガ根茎プロテアーゼによる肉の軟化」。J . Food Sci. 51 (6): 1558–1559. doi :10.1111/j.1365-2621.1986.tb13860.x。
- ^ abc Grudkowska M, Zagdańska B (2004). 「植物システインプロテアーゼの多機能的役割」Acta Biochimica Polonica . 51 (3): 609–24. doi : 10.18388/abp.2004_3547 . PMID 15448724.
- ^ Ha M, Bekhit AE, Carne A, et al. (2012). 「市販のパパイン、ブロメライン、アクチニジン、ジンジバインプロテアーゼ製剤の特性と肉タンパク質に対する活性」。Food Chem. 134 (1): 95–105. doi :10.1016/j.foodchem.2012.02.071.
- ^ abc キム M、ハミルトン SE、ガダット LW、他。 (2007)。 「植物コラゲナーゼ：ショウガ由来のシステインプロテアーゼのユニークなコラーゲン分解活性」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - 一般科目。1770 (12): 1627 ～ 1635 年。土井：10.1016/j.bbagen.2007.08.003。PMID 17920199。
- ^ Moon SS (2018). 「タンパク質分解酵素とショウガエキスによるホルスタイン牛由来M. pectoralis profundusの軟化効果」韓国動物資源食品科学誌。38 (1): 143–151. doi : 10.5851/kosfa.2018.38.1.143. PMC 5932962. PMID 29725232 .
- ^ ab Hashim MM, Mingsheng D, Iqbal MF, et al. (2011). 「ショウガの根茎はミルク凝固システインプロテアーゼの潜在的供給源である」. Phytochemistry . 72 (6): 458–64. Bibcode :2011PChem..72..458H. doi :10.1016/j.phytochem.2010.12.002. PMID 21353685.
- ^ abcdef Adulyatham P, Owusu-Apenten R (2005). 「ショウガ根茎（ Zingiber offinale Roscoe）由来のプロテアーゼの安定化および部分精製」J. Food Sci. 70 (3): C231–C234. doi :10.1111/j.1365-2621.2005.tb07130.x.
外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)における Zingipain
