高校生物　　　　　　酵　素　　　　by　池田博明

導入　　病原性大腸菌の話

　　　　病原性大腸菌の話　
　　　　（別ファイルにあり）

第１節　化学反応と酵素

●第１節　酵素の性質と働き

酵素…生物体内の化学反応を助ける（促進する・早める）物質
　　　　　　　　　　　　→　触　媒　
《消化酵素の例》
　デンプン　→　マルトース　→　グルコース＝小腸で吸収され，細胞で燃焼
（アミロース）　（麦芽糖）　　　（ブドウ糖）　　　細胞呼吸
ブドウ糖多数　↑　ブドウ糖２つ↑ブドウ糖１つ
　　　　　　アミラーゼ　　　マルターゼ
　　　　　　（唾液中）　　　　（すい液中）

消化液 基質 生成物 酵素
だ液 でんぷん 麦芽糖 アミラーゼ 中性
胃液 タンパク質 ポリペプチド ペプシン 酸性
すい液 麦芽糖 ブドウ糖 マルターゼ 弱アルカリ性
　同 脂肪 脂肪酸とグリセリン リパーゼ 弱アルカリ性
　同 ポリペプチド アミノ酸 ペプチダーゼ 弱アルカリ性
腸液 砂糖 ブドウ糖と果糖 スクラーゼ
　同 乳糖 ブドウ糖とガラクトース ラクターゼ
　同 麦芽糖 ブドウ糖 マルターゼ
　同 ペプチド アミノ酸 ペプチダーゼ

▼『岩波生物学辞典』より腸液 ［英intestinal juice　仏suc intestinal]の分泌する分泌液の総称．
　広義には腸管内に分泌される膵液･胆汁も含める．
　 ［１］　脊椎動物では，哺乳類の本来の腸液の主なものは次のとおり．
　(1)十二指腸液(duodenal juice):ブルンナー腺(十二指腸腺)から分泌されるもので，無色で粘性があり，アルカリ性．ペプシン様のプロテアーゼを含む．凝乳･脂肪分解･澱粉分解の作用もある．機械的刺激や腸内の脂肪などで分泌が増進する．また膵液中のトリプシノゲンを活性化するエンテロキナーゼを含む．
　(2)小腸液(small intestine juice):腸腺および上皮細胞から分泌されるもの．遠心分離すると黄色で透明．アルカリ性(pH7.7)で，比重は1.007内外．大部分は水分で，塩化ナトリウム0.58～0.67％，炭酸ナトリウム0.22％，および燐蛋白質性の粘液を含む．この腸液は食物消化を行う酵素としてアミノペプチダーゼ･ジペプチダーゼ･スクラーゼ･ラクターゼ･マルターゼ･核酸分解酵素およびレシチナーゼなどを含み，そのほかホスファターゼも含有する．食物が腸に入ったときの腸粘膜の機械的刺激や化学的刺激，あるいはセクレチンの作用によっても分泌される．
　(3)大腸液(large intestine juice):無臭･粘稠性の液で，ほぼ中性．消化酵素としては微量のアミノペプチダーゼ･ジペプチダーゼ･アミラーゼなどを含む．機械的刺激で分泌され，内容の移動や大便の形成に関与．魚類では腸からの分泌はないが膵液･胆汁は分泌される．
　 ［２］　無脊椎動物の腸液は，軟体動物では晶桿体の溶解したもの，甲殻類では中腸腺からの分泌液で，いずれも腸からの分泌ではない．昆虫類の腸液は中腸から分泌されたもので，食性によって含有する消化酵素が異なる．例えばゴキブリの中腸液にはアミラーゼ･マルターゼ･スクラーゼ･ラクターゼ(微量)･リパーゼ･プロテアーゼ(トリプターゼ･ペプチダーゼ)などがあり，クロバエではコラゲナーゼ･トリプターゼ･ペプチダーゼおよびリパーゼなどが主である．


《酵素の特徴》
　①基質特異性（＝反応する物質が決まっていること）
　　　例　アミラーゼの基質はデンプンである
　②触媒として働く（化学反応を早める物質）
　　　例　マルトース　→　グルコース　＋　グルコース
　　　　　　　　　　　↑マルターゼ　
　くぼみ（酵素の活性中心）に触れると反応する
　　　※マルターゼの構造に変化はないので，何度でも使用可能
　③高熱に弱い。…酵素はタンパク質の性質があるため。

【実習】カタラーゼの実験：過酸水素を分解して酸素を発生
　　　　生の肝臓と煮た肝臓で比較実験（肝臓をミキサーにかけ，茶こしでこして液を使用）
　　肝臓中のカタラーゼ…酵素はタンパク質なので高熱に弱い
　　カタラーゼと同じ働きをする無機触媒　→　酸化マンガン（Ⅳ）
　　　　　　　過酸化水素　→　水　＋　酸素

【コメント】細胞内の過酸化水素を即座に分解するのがカタラーゼ。

《酵素の反応》　　体温付近で
↑　　　　　　　　最も活発に働く
酵　　　　　　　　　　　△
素　　　　　　　　　△　△
活　　　　　　　△　△　△　△
性　　　　　△　△　△　△　△△
　　　　△　△　△　△　△　△△△
　　-------------------------------
　　０℃　　　　　　　　４０℃　　６０℃（→失活,酵素分子が変形してしまう）
　　　　　　　　　　　　　　→変性（タンパク質分子の構造が変化）
　　タンパク質構造の変化
　　　　　　　　　　加熱しても　　　　　　　　　　　　　　　　　加熱すると
　　　　　　　　　　冷却すれば　　　　　　　　　　　　　　　　　もとにもどらない場合は
　　　　　　　　　　正常な形（もとにもどる）→変性状態　　　分子構造が破壊された　

生命＝酵素の化学反応
《酵素の最適温度と最適ｐＨ》
　　最適温度＝４０℃　

　　最適ｐH　
　　　※ 構成アミノ酸が酸性のアミノ酸か
　　　　　アルカリ性のアミノ酸かにより，
　　　　　できたタンパク質の性質が違う。

　　　ペプシン　　　　　　アミラーゼ　　トリプシン
　　　　　△　　　　　　　　　　　▲　　　　　□
　　　　　△　　　　　　　　　　　▲　　　　　□
ｐH　０　　２　　　　　　　　　　　７　　　　　８　　　　　　１４
　　　　　胃液　　　　　　　　　　唾液　　すい液・血液
　強酸性　　　-------　　　中性　---------　　　強アルカリ性

【実験】酵素の反応の特性

【参考】●バナナの皮をむかずにジャムを作る
　バナナを皮ごとオーブントースターに入れ，皮が真っ黒になるまで１５～20分焼きます。
　取り出すときに火傷に注意！
　スプーンの背で荒くつぶしてプリザーブスタイルのジャムにします。

　バナナそのものにアミラーゼが含まれているため。
　焼くと，アミラーゼがバナナのでんぷんを分解する。
　　　村上祥子『お料理手品』（2000年，講談社）

●さつま芋を甘くする
　さつま芋１００ｇを，電子レンジ強６００Wで２分，電子レンジ弱２００Wで６分。
　さてどちらが甘いでしょう？

　アミラーゼが３０－６０℃の間で作用するため，ゆっくり加熱した方が麦芽糖が多くなります。
　　　村上祥子『お料理手品』（2000年，講談社）

●石焼芋がおいしい理由
　鉄板の箱の中に熱した小石と丸ごとの薩摩芋を入れる。
　こうすると，焼けた小石の熱によって穏かに薩摩芋が焼ける。
　上記と同じ原理。
　　　河野友美『コツと科学の調理事典』医歯薬出版　


【コラム】身近な酵素の話題

加水分解酵素 デキストラナーゼ＝デキストラン分解酵素　（ねり歯磨きに含まれる）
　　　　　　デキストランは虫歯菌が糖を栄養にして作る物質で歯垢の成分。
アルカリセルラーゼ　（合成洗剤に含まれる）
リゾチーム＝溶菌酵素　（カゼ薬に含まれる）
　細菌の細胞壁の多糖類を分解する。ペニシリンの発見者フレミングが鼻汁や涙から発見した。
アミラーゼ　（トイレの芳香剤に含まれる）
　シートに酵素が塗ってある。糖と香成分の結合物が基質。酵素が作用して香成分が発生する。
ラクトース＝ラクターゼ（乳糖）分解酵素　
　牛乳を飲むと下痢をする子供がいる。その子はラクターゼが無い。牛乳を酵素で処理して低乳糖の牛乳を作る。ラクターゼ活性は四歳以降、低下するため、日本人の85％は乳糖不耐症であり（アメリカの白人では8％、黒人では70％）、牛乳は決して良い食品ではない。
パパイン　＝　パパイヤにふくまれるタンパク質分解酵素
　ステーキに果物を添えるのは肉を柔らかくする意味がある。
パイナップルにはブロメリンという酵素が，キウイにはアクチニジンがある。
ペクチナーゼ　＝　果皮の不溶性ペクチンを分解する酵素
　果汁を透明にする
異性化酵素 イソメラーゼ
　甘味料の生産に利用される。バイオリアクターに酵素を固定化し，大量生産する。
酸化還元酵素 オキシダーゼ　＝　酸素により酸化を進ませる酵素
　皮をむいたリンゴが赤くなる。ナスの切り口が黒ずむ。組織が壊れ，オキシダーゼが働き，ポリフェノールが着色する。
ミロシナーゼ
　大根をおろすと組織が壊れ，辛味成分が遊離する。大根の尾の方が辛い。消化を助けるのはアミラーゼ。
その他 　緑茶を紅茶にする酵素がある
　ミソ・醤油・お酒など発酵に利用される酵素がある。


【参考】タマネギの効能
　NHK｢ためしてガッテン｣で，次のような実験をしていた。
　生タマネギを切ってしばらく置いておくと”血液さらさら物質”が出来る。
　この物質は血栓を防止する作用があるが，生タマネギを水にさらすと失われてしまう。
　切った後，１５分以上置いておけばこの物質は出きるという。

　この物質は酵素反応で出来るのだという。
　切ることで細胞を破壊すると酵素が作用して出来る。
　したがって，切る前に熱しては効果がない。

　切った後なら熱してもこの物質は失われない。低分子物質のようだ。
　この物質の正体は不明だという。
　■さつまいも　＆　かぼちゃ
　甘味を引き出すには、ゆっくり加熱するとよい。デンプンを分解して糖にする酵素が働く。
　■じゃがいも
　煮くずれを防ぐには、ゆっくり加熱して、細胞間の結合を強める酵素を働かせるとよい。
　■鶏肉
　うまみ成分を分解する酵素が含まれている。
　うまみ成分を残すには急速加熱で酵素を働かせないにするのがコツ。　
　■長ねぎ
　長ねぎを切ると、酵素が細胞から出て働き始め、うまみ成分を辛味に変える。
　さらにその辛味成分を酵素が血液サラサラ成分に変える。
　辛くなくおいしい長ねぎを食べるなら、切らずに加熱し、酵素の働きを阻止。
　血液サラサラ成分を取るなら切てから１時間おき、酵素を十分働かせてから加熱。
　■蜂蜜で古米をおいしく
　蜂蜜を溶かした40℃のお湯に30分から１時間くらい浸けてから米を炊くと
　甘味のあるおいしいご飯になる。（■は｢ためしてガッテン11｣NHK出版より）


第３節　酵素の構造と反応


　　　



【参考】補酵素と疲労感の関係
　NHK｢ためしてガッテン｣（2003年1月下旬）で，次のような実験をしていた。
　以前に疲労回復のコツとして四つの条件をあげたのだが、その四つを実践しても疲労感が取れないひとがいた。
　調べてみたら、このひとはビタミンB1が不足していたのだ。ビタミンB1は補酵素として不可欠なので、これが不足すると呼吸酵素の活性が低下してエネルギー不足になるのである。
　ちなみに四項目とは
　(1)朝食・昼食では糖度を十分にとること
　(2)水だけではなく、塩分を補給する必要もあること
　(3)食後にビタミンCを取る　（食間に大量にとってもビタミンCは水溶性なので余分は排出されてしまう）
　(4)夜食は控えめにして高タンパク質食品を主に取る。

　ビタミンB１を多く含む食品とは、ウナギ・豚肉・大豆・ホウレンソウ・玄米・タラコなど。

▲フランク・オスキー、『牛乳には危険がいっぱい？』（東洋経済新報社，2003）

　
→　別の章【分子生化学】のファイルへ　（未完成です）

BACK TO CONTENTS