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項　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。
ラクターゼはラクトース（乳糖）分解酵素　
　牛乳を飲むと下痢をする子供がいる。その子にはラクターゼが無い。そんな子供のためには牛乳を酵素で処理して低乳糖の牛乳を作る。これが市販されている。
　ラクターゼ活性は四歳以降、誰もが低下する。そのため、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％）、牛乳は決して誰にとっても良い食品というわけではない。
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。


第２節　酵素の構造と反応　

　●酵素の成分
　　
　　　　タンパク質
　　　　
　　　　タンパク質と補酵素
　　
　　酵素にはタンパク質部分だけでは十分な酵素活性を示さず、補酵素の助けが必要なものがある。
　　この場合、活性のないタンパク質だけをアポ酵素、
　　補酵素と結合して活性を示すようになったものをホロ酵素という。


【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。


　●競争的阻害




　●アロステリック酵素　

　　　トレオニン　→　Ａ　→　Ｂ　→　Ｃ　→　イソロイシン
　　　　　　　　　　↑
　　　　　　　　　トレオニンデアミナーゼ（この酵素はアロステリック酵素）

　　　　　　　　　イソロイシンがアロステリック部位に結合すると
　　　　　　　　　活性中心が変形してトレオニンが結合できなくなる

▲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）

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