ペクチナーゼ
| エンドポリガラクツロナーゼI | |||||||
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| 識別子 | |||||||
| 生物 | |||||||
| シンボル | pgaI | ||||||
| ユニプロット | P26213 | ||||||
| その他のデータ | |||||||
| EC番号 | 3.2.1.15 | ||||||
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ペクチナーゼは、植物細胞壁に含まれる多糖類であるペクチンを加水分解、トランスエリミネーションおよび脱エステル化反応によって分解する酵素群である。 [ 1 ] [ 2 ]一般的にペクチン酵素と呼ばれるものには、ペクトリアーゼ、ペクトザイム、および最も研究され広く使用されている市販のペクチナーゼの1つであるポリガラクツロナーゼが含まれる。ペクチンはゼリー状のマトリックスであり、植物細胞を一緒に接着するのに役立ち、セルロース線維などの他の細胞壁成分が埋め込まれているため、ペクチナーゼは有用である。したがって、リンゴやサポテなどの果物からの果汁の抽出を高速化するなど、植物材料の分解を含むプロセスでペクチナーゼが一般的に使用されている。ペクチナーゼは1960年代からワイン製造にも使用されている。[ 3 ]醸造におけるペクチナーゼの機能は2つあります。1つ目は、植物（主に果物）の分解を助け、マッシュから風味を抽出するのに役立ちます。2つ目は、完成したワインにペクチンが含まれていると、濁りやわずかな濁りが生じます。ペクチナーゼはこれを分解し、ワインを澄ませるために使用されます。
ペクチナーゼは、アスペルギルス・ニガーなどの菌類から抽出できます。この菌類はこれらの酵素を産生し、植物の中間層を分解することで、植物組織から栄養素を抽出し、菌糸を挿入します。ペクチナーゼは煮沸すると変性（折り畳まれていない状態）し、活性部位でペクチンと結合しにくくなり、果汁を十分に生成できなくなります。
特徴づけ
ペクチナーゼは、加水分解、トランスエリミネーション、および脱エステル化反応によってペクチンの分解を触媒する酵素群の総称です。ペクチンポリマーの分解は、主にエキソ-およびエンド-ポリガラクツロナーゼ（エキソ-およびエンド-PG）、ペクチンリアーゼおよびペクチンリアーゼ（PL）、ペクチンメチルエステラーゼ（PME）およびアセチルエステラーゼ（PAE）、β-ガラクトシダーゼ（β-Gal）、α -L-アラビノフラノシダーゼ（α -L-Af）などによって引き起こされます。[ 4 ] [ 5 ]
- エンドポリガラクツロナーゼ（EC 3.2.1.15）は、ペクチンの脱重合および可溶化に関与する最も重要な酵素として知られています。この酵素は、メチル脱エステル化されたホモガラクツロナン骨格のα -1→4グリコシド結合を加水分解します。この酵素は基質をランダムに攻撃し、多数のD-ガラクツロナーゼオリゴ糖を生成します。
- エキソ-ポリガラクツロナーゼ（EC 3.2.1.67およびEC 3.2.1.82）は基質の非還元末端を攻撃し、ホモガラクツロナン鎖から末端に(1→)結合したD-ガラクツロナーゼ残基を除去することができる。この酵素は、サブサイト-2、-1、および+1に非エステル化D-ガラクツロナーゼユニットを必要とし、キシロース置換に対して耐性を有する（D-ガラクツロナーゼ-キシル二量体を除去できる）ため、XGAもエキソ-ポリガラクツロナーゼの基質となる。
- PLs（ペクチン酸リアーゼ、EC 4.2.2.2、およびペクチンリアーゼ、EC 4.2.2.10）は、Ca 2+、Mn 2+、またはNi 2+の存在下でメチルエステル化ホモガラクツロナンのβ脱離を介して作用する。[ 4 ]
- PME（EC 3.1.1.11）およびPAE（EC 3.1.1.6）は、それぞれメトキシル残基およびアセチル残基を除去することでホモガラクツロナン鎖の脱エステル化を行います。ペクチンのメチル化度を低下させることで、ホモガラクツロナン骨格のα -1→4結合がポリガラクツロナーゼによって加水分解されるのに適した条件が整います。ラムノガラクツロナン（RG）の分解には、多数の酵素が関与しています。
- RG加水分解酵素（RGH、EC 3.2.1.171）は、RG-I骨格のα -D-1 → 4-D-GalA- α -L-1 → 2-Rha結合を加水分解し、非還元末端にRhaを残します。RGリアーゼ（RGL、EC 4.2.2.23）は、RG-I α -L-1 → 2-Rha- α -D-1 → 4-GalA骨格を加水分解し、非還元末端に4-デオキシ-β-L-スレオ-ヘキサ-4-エンピラノシルウロン酸（不飽和GalA）基を残します。
- RG ラムノヒドロラーゼ (RGRH、EC 3.2.1.174) は、 α-ガラクツロノシル残基に結合した末端ラムノシル残基 (1 → 4) を放出する特異性を持つエキソ作用ペクチナーゼです。
- RG ガラクツロノヒドロラーゼ (RGGH、EC 3.2.1.173) は、RG-I 鎖の非還元側から rha 残基に結合した GalA 部分を解放することができますが、ホモガラクツロナンから GalA を解放することはできません。
- β-Gal（EC 3.2.1.23）とα -L-Af（EC 3.2.1.55）は、RG-I骨格からそれぞれガラクトシル残基とアラビノシル残基を除去する役割を果たす2つの酵素であり、アセチル基はRGアセチルエステラーゼ（RGAE、EC 3.1.1.86）の作用によって遊離されます。
次の表は、ペクチン分解に関与する酵素の概要を示しています。HG-PUL = ホモガラクツロナン多糖類利用遺伝子座、RG-I PUL = ラムノガラクツロナン I 多糖類利用遺伝子座。
| プル | CAZymeファミリー | EC番号 | 承認された名前 | 反応 |
| HG-PUL | PL1 | EC4.2.2.2 | ペクチン酸リアーゼ | （1→4）-α-D-ガラクツロナンの脱離開裂により、非還元末端に4-デオキシ-α-D-ガラクト-4-エンウロノシル基を有するオリゴ糖が得られる。 |
| PL1 | EC4.2.2.10 | ペクチンリアーゼ | （1→4）-α-D-ガラクツロナンメチルエステルの脱離開裂により、非還元末端に4-デオキシ-6- O-メチル-α-D-ガラクト-4-エンウロノシル基 を有するオリゴ糖が得られる。 | |
| GH28 | EC3.2.1.67 | ガラクツロナン1,4-α-ガラクツロニダーゼ | [(1 → 4)-α-D-ガラクツロニド]n + H2O = [(1 → 4)-α-D-ガラクツロニド]n-1 + D-ガラクツロネート | |
| GH28 | EC3.2.1.82 | エキソ-ポリ-α-ジガラクツロノシダーゼ | [(1 → 4)-α-D-ガラクツロノシル]n + H2O = α-D-ガラクツロノシル-(1 → 4)-D-ガラクツロネート + [(1 → 4)-α-D-ガラクツロノシル]n-2 | |
| GH28 | EC3.2.1.15 | エンドポリガラクツロナーゼ | (1,4-α-D-ガラクツロノシル)n+m + H2O = (1,4-α-D-ガラクツロノシル)n + (1,4-α-D-ガラクツロノシル)m | |
| CE8 | EC3.1.1.11 | ペクチンエステラーゼ | ペクチン + n H2O = n メタノール + ペクチン酸 | |
| CE4 | EC3.1.1.6 | アセチルエステラーゼ | 酢酸エステル + H2O = アルコール + 酢酸 | |
| RG-I PUL | PL9 | EC4.2.2.23 | ラムノガラクツロナンエンドリアーゼ | ペクチンの分岐毛状領域におけるラムノガラクツロナンIドメインのL-α-ラムノピラノシル-(1 → 4)-α-D-ガラクトピラノシルウロン酸結合のエンドタイプ脱離切断により、還元末端にL-ラムノピラノース、非還元末端に4-デオキシ-4,5-不飽和D-ガラクトピラノシルウロン酸が残る。 |
| GH28 | EC3.2.1.171 | ラムノガラクツロナン加水分解酵素 | ラムノガラクツロナン I 骨格中の α-D-GalA-(1 → 2)-α-L-Rha グリコシド結合のエンド加水分解により、アノマー構成の初期反転が起こり、還元末端に β-D-GalA を持つオリゴ糖が放出されます。 | |
| GH2 | EC3.2.1.146 | β-ガラクトフラノシダーゼ | 末端非還元β-D-ガラクトフラノシドの加水分解によりガラクトースが遊離する | |
| GH138 | EC3.2.1.173 | ラムノガラクツロナンガラクツロノヒドロラーゼ | ラムノガラクツロナンオリゴ糖中のα-D-GalA-(1 → 2)-α-L-Rha結合の加水分解により、ラムノガラクツロナンオリゴ糖の非還元末端からD-ガラクツロン酸が遊離する。 | |
| GH105 | EC3.2.1.172 | 不飽和ラムノガラクツロニル加水分解酵素 | 2-O-(4-デオキシ-β-L-トレオ-ヘキサ-4-エノピラヌロノシル)-α-L-ラムノピラノース + H2O = 5-デヒドロ-4-デオキシ-D-グルクロン酸 + L-ラムノピラノース | |
| GH106 | EC3.2.1.174 | ラムノガラクツロナンラムノヒドロラーゼ | ラムノガラクツロナンオリゴ糖中のα-L-Rha-(1 → 4)-α-D-GalA結合の加水分解により、ラムノガラクツロナンオリゴ糖の非還元末端からβ-L-ラムノースが遊離する。 | |
| GH43 | EC3.2.1.99 | アラビナン エンド-1,5-α-L-アラビナナーゼ | (1 → 5)-アラビナンにおける(1 → 5)-α-アラビノフラノシド結合のエンド加水分解 | |
| GH51 | EC3.2.1.55 | 非還元末端α-L-アラビノフラノシダーゼ | α-L-アラビノシド中の末端非還元α-L-アラビノフラノシド残基の加水分解 | |
| GH146 | EC3.2.1.185 | 非還元末端β-L-アラビノフラノシダーゼ | β-L-アラビノフラノシル-(1 → 2)-β-L-アラビノフラノース + H2O = 2 β-L-アラビノフラノース | |
| GH53 | EC3.2.1.89 | アラビノガラクタンエンド-β-1,4-ガラクタナーゼ | この酵素は、I型アラビノガラクタン中の（1→4）-β-D-ガラクトシド結合を特異的に加水分解する。 | |
| GH43 | EC3.2.1.145 | ガラクタン1,3-β-ガラクトシダーゼ | （1→3）-β-D-ガラクトピラナンの末端非還元β-D-ガラクトース残基の加水分解 | |
| GH27 | EC3.2.1.88 | 非還元末端β-L-アラビノピラノシダーゼ | 基質の非還元末端から末端β-L-アラビノピラノース残基を除去する | |
| GH43 | EC3.2.1.181 | ガラクタン エンド-β-1,3-ガラクタナーゼ | この酵素はβ-1,3-ガラクタンとβ-1,3-ガラクトオリゴ糖を特異的に加水分解する。 | |
| CE12 | EC3.1.1.86 | ラムノガラクツロナンアセチルエステラーゼ | ラムノガラクツロナン I 中の α-D-ガラクツロン酸の 2- O -アセチル基または 3- O -アセチル基の加水分解による切断。 | |
| RG-II プル | GH43 | EC3.2.1.55 | 非還元末端α-L-アラビノフラノシダーゼ | α-L-アラビノシド中の末端非還元α-L-アラビノフラノシド残基の加水分解 |
| CE19 | EC3.1.1.11 | ペクチンエステラーゼ | ペクチン + n H2O = n メタノール + ペクチン酸 | |
| GH142 | EC3.2.1.185 | 非還元末端β-L-アラビノフラノシダーゼ | β-L-アラビノフラノシル-(1 → 2)-β-L-アラビノフラノース + H2O = 2 β-L-アラビノフラノース | |
| GH78 | EC3.2.1.40 | α-L-ラムノシダーゼ | α-L-ラムノシドの末端非還元α-L-ラムノース残基の加水分解 | |
| GH33 | EC3.2.1.124 | 3-デオキシ-2-オクツロソニダーゼ | 莢膜多糖類中の3-デオキシ-D-マンノ-2-オクツロソン酸のβ-ケトピラノシド結合のエンド加水分解 | |
| GH95 | EC3.2.1.63 | 1,2-α-L-フコシダーゼ | メチル-2-α-L-フコピラノシル-β-D-ガラクトシド + H2O = L-フコース + メチルβ-D-ガラクトシド | |
| GH2 | EC3.2.1.31 | β-グルクロニダーゼ | β-D-グルクロノシド + H2O = D-グルクロン酸 + アルコール | |
| GH2 | EC3.2.1.23 | β-ガラクトシダーゼ | β-D-ガラクトシドの末端非還元性β-D-ガラクトース残基の加水分解 | |
| GH138 | EC3.2.1.173 | ラムノガラクツロナンガラクツロノヒドロラーゼ | ラムノガラクツロナンオリゴ糖中のα-D-GalA-(1 → 2)-α-L-Rha結合の加水分解により、ラムノガラクツロナンオリゴ糖の非還元末端からD-ガラクツロン酸が遊離する。 | |
| GH141 | EC3.2.1.51 |
プロパティ
結晶構造
すべてのペクチナーゼ酵素構造は、7～9本の平行βヘリックスからなるプリズム状の右巻き円筒構造を呈する。プリズム形状を形成する3本の平行βヘリックスはPB1、PB2、PB3と呼ばれ、PB1とPB2は反平行βヘリックスを形成し、PB3はPB2に対して垂直に位置する。様々なエステラーゼ、加水分解酵素、リアーゼの基質結合部位はすべて、中央の平行βヘリックス構造の外側の溝、すなわち構造上の突出したループとPB1の間に位置している。[ 6 ]
最適な環境
他の酵素と同様に、ペクチナーゼにも最も活性を発揮する最適な温度とpHがあります。例えば、市販のペクチナーゼは通常45～55℃で活性化し、pHは3.0～6.5で良好に機能します。[ 3 ]
反応経路
ペクチナーゼは加水分解、トランス脱離、脱エステル化反応プロセスを通じてペクチンを脱重合し、ペクチン中のカルボキシル基とメチル基を結合しているエステル結合を分解します。[ 7 ]
エンドポリガラクツロナーゼは、以下の経路に沿って反応を進行させる：[ 8 ]
(1,4-α-D-ガラクツロノシル) n+m + H 2 O = (1,4-α-D-ガラクツロノシル) n + (1,4-α-D-ガラクツロノシル) m
発生と応用
自然界のペクチナーゼ
現在使用されているペクチナーゼ酵素は、真菌や酵母（50%）、昆虫、細菌、微生物（35%）、および様々な植物（15%）によって自然に生成されますが、[ 9 ]動物細胞やヒト細胞では合成できません。[ 10 ]植物では、ペクチナーゼ酵素が細胞壁に含まれるペクチンを加水分解し、新しい成長と変化を可能にします。ペクチンの化学的および構造的特性は、果実の可溶化と酵素分解による変化の影響を受けやすく、これらは成熟中に果実が軟化するための重要なプロセスであると考えられています。成熟中に中層と一次細胞壁に起こる構造変化は、細胞の分離と組織の軟化をもたらします。一次壁の分子成分は、果実の成熟中に、内因性酵素の時間的および空間的に制御された作用によって変更されます。[ 11 ] [ 12 ]
植物における役割と同様に、ペクチナーゼは菌類の発育段階でペクチンを分解します。
工業用途
ペクチナーゼ酵素は、果汁業界とワイン業界の両方で様々な役割を果たしています。果汁の清澄化に使用され、果肉を酵素で液化することで果汁の抽出を加速します。さらに、果汁業界では、ペクチナーゼ酵素は果肉製品の形成を助けます。ペクチナーゼ酵素は、ピューレから果汁を抽出する際にも使用されます。これは、ペクチナーゼ酵素が基質ペクチンを分解し、果汁を抽出することで行われます。ペクチナーゼ酵素は、果汁の生成に必要な 活性化エネルギーを低下させ、反応を触媒します。
ペクチナーゼは、果物からアントシアニンを抽出し、ワインの色を効果的に濃くすることで、ワイン産業で役立っています。 [ 7 ]ペクチナーゼは、植物細胞の細胞壁からジュースを抽出するためにも使用できます。
ペクチナーゼは繊維産業における脱穀にも利用されている。 [ 13 ]キレート剤の添加や植物材料の酸前処理は酵素の効果を高める。
参考文献
この記事には、CC BY 4.0ライセンスの下で入手可能な、Luna Barrera-Chamorro、África Fernandez-Prior、Fernando Rivero-Pino、Sergio Montserrat-de la Paz によるテキストが組み込まれています。
- ^ Sakai T, Sakamoto T, Hallaert J, Vandamme EJ (1993). 「ペクチン、ペクチナーゼ、プロトペクチナーゼ：製造、特性、そして応用」.応用微生物学の進歩. 39 : 213–94 . doi : 10.1016/s0065-2164(08)70597-5 . PMID 8213306 .
- ^ Singh, Ram Sarup; Singh, Taranjeet; Pandey, Ashok (2019-01-01), Singh, Ram Sarup; Singhania, Reeta Rani; Pandey, Ashok; Larroche, Christian (eds.) 「第1章 微生物酵素—概要」『酵素技術の進歩』『バイオマス、バイオ燃料、生化学』Elsevier、pp. 1– 40、ISBN 978-0-444-64114-4、 2021年10月20日閲覧
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