キモシン

キモシン

キモシンは、レンニンとも呼ばれる特定のプロテアーゼ（タンパク質分解酵素）であり、チーズ製造の重要な工程である乳の凝固に関与しています。この酵素は、MEROPSデータベースにおいてA1ファミリーに分類されるアスパラギン酸プロテアーゼの一種です。

生体内での産生と役割

主に産まれたばかりの反芻動物、例えば子牛の第四胃（ギアラ）の内壁にある主細胞で生成されます。摂取された母乳中の特定のタンパク質（カゼイン）を分解し、乳を固める（凝乳）ことで、乳が胃から腸へ移動する速度を遅くします。これにより、栄養素が腸管でより長く滞留し、効率的に吸収されるようになります。反芻動物以外の一部の動物、例えばブタ、ネコ、アザラシなどの鰭脚類もキモシンを産生することが知られています。

ヒトに関しては、新生児にキモシン様の酵素が存在するという報告が一部ありますが、他の研究でこの結果は再現されていません。ヒトの遺伝子の中には、キモシンに対応する遺伝子（Cym）の配列は存在するものの、これは機能しない偽遺伝子であり、タンパク質としては生産されません。ヒトはキモシンを持たない代わりに、ペプシンやリパーゼなど、乳に含まれるタンパク質や脂肪を消化するための他の酵素を備えています。

酵素作用のメカニズム

キモシンが乳を凝固させる働きは、主に乳タンパク質であるカゼインのサブタイプの一つ、κ-カゼインに特異的に作用することによって起こります。キモシンはκ-カゼイン分子の105番目のアミノ酸であるフェニルアラニン（Phe）と、それに続く106番目のメチオニン（Met）の間にあるペプチド結合を正確に切断します。この切断により、κ-カゼインはパラカゼインと呼ばれる疎水性の部分と、酸性糖ペプチドと呼ばれる親水性の部分に分かれます。カゼインミセル表面にあったκ-カゼインが切断されることで、カゼインミセルは不安定になり、疎水性であるパラカゼイン同士が集まって沈殿・凝集し、ゲル状の塊（カード）を形成します。この過程が乳の凝固です。

キモシンによる基質（κ-カゼイン）の結合は、κ-カゼイン中のヒスチジン残基とキモシン中のグルタミン酸やアスパラギン酸残基との間の静電的な引力によって開始されると考えられています。また、キモシンには活性部位の近くにβ-ヘアピン構造（通称「フラップ」）があり、基質が結合していない際にはこのフラップが活性部位を覆い、不要な結合を防ぐ役割を担っています。

チーズ製造への利用と組換えキモシン

キモシン、特に子牛の胃由来の酵素を含むレンネットは、古くからチーズ製造における乳の凝固剤として利用されてきました。しかし、動物からレンネットを得る方法は供給が不安定で、品質もロット間でばらつきがありました。

この課題を解決するため、遺伝子工学技術が応用され、組換えキモシン（FPC: Fermentation-Produced Chymosin）が開発されました。これは、動物のキモシン遺伝子を抽出し、大腸菌、特定のコウジカビ（Aspergillus niger var. awamori）、あるいは酵母（Kluyveromyces lactis）といった微生物に導入して発酵生産する技術です。発酵後に遺伝子組換え微生物は除去され、高純度のキモシンが分離・精製されます。このプロセスで生産されるFPCには、遺伝子組換え生物由来の成分は一切含まれません。

FPCは動物由来のキモシンとまったく同じ分子構造を持ちながら、より効率的に大量生産が可能です。品質が均一で、動物由来のレンネットにしばしば含まれる他のプロテアーゼ（ペプシンなど）がほとんど含まれないため、カードの品質が向上し、苦味の少ないチーズ製造に適しています。

組換えキモシンは1990年代初頭から市場に出始め、瞬く間に普及しました。アメリカ食品医薬品局（FDA）によって初めて認可された人工的に生産された酵素としても知られています。1999年時点で、アメリカのハードチーズ製造の約60%にFPCが使用されており、世界のレンネット市場の最大80%を占めるまでになりました。2008年までには、アメリカやイギリスでは商業的に生産されるチーズの約80%から90%がFPCを使用して製造されるようになっています。特にアスペルギルス・ニガーやキロベロミセス・ラクティスを用いて生産されたFPCが広く使われています。

組換えキモシンは、動物由来や他の微生物由来のレンネットに比べ、キモシンBという主要成分を高純度で含むため、高い収率で、よりキメが細かく、苦味の少ない高品質なカードを安定して製造できるという大きな利点を持っています。現代のチーズ産業にとって、FPCは不可欠な凝乳酵素となっています。

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