グリコシダーゼ

グリコシダーゼ（glycosidase）とは

グリコシダーゼ（glycosidase）とは、グリコシド結合を加水分解する酵素の総称であり、グリコシドヒドロラーゼ（glycoside hydrolase）とも呼ばれます。

役割

グリコシダーゼは、生物界に広く分布し、以下のような重要な役割を担っています。

バイオマスにおけるセルロースやヘミセルロースの分解
バクテリアに対する防御（例：リゾチーム）
ウイルスによる細胞への感染（例：ノイラミニダーゼ）
細胞内における糖蛋白質の生合成

グリコシダーゼは、グリコシド結合の形成や分解においてグリコシルトランスフェラーゼとともに重要な役割を果たします。

機能

グリコシダーゼは、細胞内外に存在し、栄養の吸収に関与しています。バクテリアにおける重要なグリコシダーゼの1つにβ-ガラクトシダーゼ（LacZ）があり、大腸菌のラクトースオペロンの発現を調節しています。

ゴルジ体や小胞体に存在するグリコシダーゼはN結合型糖蛋白質糖鎖のプロセシングに、リソソームに存在するものはさまざまな糖質の分解に関係しています。リソソームの特定のグリコシダーゼが欠乏すると、本来分解されるはずの糖質が蓄積し、発達障害を起こしたり死亡したりする可能性があり、ライソゾーム病として知られています。

消化管や唾液に存在するグリコシダーゼは、ラクトース、デンプン、スクロース、トレハロースといった糖を分解する働きがあります。消化管内では、内皮細胞に定着したグリコシルホスファチジル（glycosylphosphatidyl）アンカー型酵素として存在しています。

ラクターゼはラクトースの分解に必要な酵素であり、幼児期では高濃度に存在します。離乳後から濃度が減少し始め、成人期には量がかなり少なくなり、乳[[糖不耐症]]となる場合があります。

O-GlcNAcアーゼ（O-GlcNAcase）は細胞質や核内において、蛋白質のセリンやトレオニン残基からN-アセチルグルコサミンを取り除く働きをしています。

グリコシダーゼは体内でグリコーゲンの生合成と分解にも関係しています。

分類

グリコシダーゼはEC 3.2.1 に分類され、O- または S-グリコシドの加水分解を触媒します。

加水分解の立体化学に基づいて、保持型（retaining）もしくは反転型（inverting）に分類することも出来ます。

活性がエキソ型（exo）かエンド型（endo）かによっても分類することが出来ます。エキソ型はオリゴ[[糖]]や多[[糖]]の末端に作用し、エンド型は中間部に作用します。

また、シークエンスや立体構造に基づいて分類する方法もあります。

シークエンスに基づいた分類

シークエンスに基づいた分類は、新しく配列が決定された酵素のまだ知られていない機能を予測するのに非常に重要な手段です。グリコシダーゼをシークエンスに基づいて分類した場合、100を超えるファミリーに分類することが出来ます。この分類は、CAZy（CArbohydrate-Active EnZymes）のウェブサイトにて利用することができます。データベースは、シークエンス、予測されるメカニズム（保持型/転化型）、活性サイトの残基、基質に関する情報を提供しています。

三次元構造の類似性に基づき、シークエンスで分類された「ファミリー」はクラン（clan）と呼ばれる上位カテゴリーでさらに分類されます。シークエンス分析と三次元構造分析により、従来より幅広く分類できるようになった。

メカニズム

グリコシダーゼの反応機構は、立体化学の保持または反転によって、保持型と反転型に大別されます。

反転型グリコシダーゼ

反転型グリコシダーゼ（inverting glycosidase）は、2つの残基（典型的にはカルボン[[酸]]、つまりアスパラギン[[酸]]残基かグルタミン[[酸]]残基）が1組となって触媒を行います。下の例はβ-グルコシダーゼのものであり、2つの触媒残基がそれぞれ酸と塩基の働きをします。

保持型グリコシダーゼ

保持型グリコシダーゼ（retaining glycosidase）は、2つのステップで反応を触媒します。それぞれのステップで立体構造をワルデン反転させるため、結果的にもとの構造を保持します。

反応には2つの残基が関係します。この残基は通常、酵素の有するカルボン[[酸]]基です。1つは求核剤、もう1つは酸/塩基として働きます。

最初のステップで求核触媒残基はアノマー中心部にアタックし、中間体を生成します。この時、酸/塩基触媒残基はプロトンを供与する酸の役割を果たします。

次のステップでは、プロトンを奪われた酸/塩基触媒残基が塩基の働きをし、求核剤である水が中間体を加水分解する反応を助けます。最終的に加水分解された産物が生成されます。下の例はニワトリ卵白のリゾチームです。

保持型グリコシダーゼにはもう1つの触媒メカニズムがあります。この場合は求核残基が酵素ではなく、基質に結合することによって反応が進行します。このような反応は特定のN-アセチルヘキソサミニダーゼ（N-acetylhexosaminidase）で見られます。この酵素は隣接基と反応できるアセトアミド基を持っており、中間体としてオキサゾリン、もしくはオキサゾリニウムイオン（oxazolinium ion）を生成します。この場合もそれぞれのステップでワルデン反転を行うため、最終的に構造が保持されます。

命名法

グリコシダーゼは通常、作用する基質に基づいて命名されます。例えば、グルコシド結合を加水分解する酵素はグルコシダーゼ、キシロースのホモポリマーであるキシランを分解する酵素はキシラナーゼ（xylanase）と呼ばれます。

他にも、ラクターゼ、アミラーゼ、キチナーゼ、スクラーゼ、マルターゼ、ノイラミニダーゼ、インベルターゼ、ヒアルロニダーゼ、リゾチームなどがあります。

用途

グリコシダーゼは、様々な産業分野で利用されています。

産業

植物材料の分解: セルラーゼ、β-グルコシダーゼはセルロースをグルコースへ分解し、エタノールの生産に使用されます。
食品産業: インベルターゼは転化糖の製造、アミラーゼはマルトデキストリンの製造に使用されます。
製紙・パルプ産業: キシラナーゼはパルプからのヘミセルロースの除去に使用されます。
洗剤: セルラーゼは衣服の色の鮮明化と衣服表面のマイクロファイバーの除去に使用されます。
有機化学: 平衡が逆向きの場合に加水分解の逆反応を行わせることで、グリコシド結合を付加させる触媒としても使用することができます。保持型グリコシダーゼは、活性化グリコシドからグリコシドを受け取る余裕のあるアルコールにグリコシル基の一部を転移することが出来ます。

グリコシンターゼ（glycosynthase）はグリコシダーゼの変異体であり、フッ化糖のような活性化されたグルコシルドナーを利用し、高収率でグリコシドを合成できます。

阻害物質

グリコシダーゼの阻害物質は多くのものが知られています。デオキシノジリマイシン（deoxynojirimycin）、スワインソニン（swainsonine）、オーストラリン（australine）、カスタノスペルミン（castanospermine）のような、いくつかの窒素原子を含む糖型の複素環化合物が自然界から発見されました。これらの天然由来の化合物から、イソファゴミン（isofagomine）、デオキシガラクトノジリマイシン（deoxygalactonojirimycin）、その他いくつかの不飽和化合物（例：PUGNAc）が阻害剤として開発されました。

医薬品として使用されているグリコシダーゼ阻害剤には、アカルボース、ザナミビル（リレンザ）、ミグリトール（miglitol）、オセルタミビル（タミフル）などがあります。

いくつかの蛋白質もグリコシダーゼを阻害することが判明しました。

参考

ムコ[[多[[糖]]症]]
グルコシダーゼ
リゾチーム
グリコトランスフェラーゼ
外部リンク

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