サブチリシン

サブチリシンは、バクテリアによって主に細胞外へ分泌される、タンパク質分解酵素（プロテアーゼ）の一種です。特に、セリンというアミノ酸が酵素活性中心に不可欠な働きをする「セリンプロテアーゼ」に分類され、さらに「エンドペプチダーゼ」として、タンパク質の内部にあるペプチド結合を切断する性質を持ちます。この酵素は、特定の疎水性アミノ酸のカルボキシル基側のペプチド結合を選択的に加水分解する、という特徴的な基質特異性を示します。多くの研究がなされており、学術的にはEC番号3.4.21.62が付与されています。

生合成と成熟の過程

サブチリシンは、細胞内で最終的に活性を持つ形として直接合成されるわけではありません。まず、成熟した酵素本体のN末端側に、約30個のアミノ酸からなる「シグナルペプチド」と、それに続く約80個のアミノ酸からなる「プロペプチド」が付加された「酵素前駆体」として合成されます。シグナルペプチドは、この酵素を細胞外へ輸送するための信号として機能します。プロペプチドは、その後の成熟過程において、サブチリシン本体が正しい三次元構造（立体構造）を獲得するために重要な役割を果たします。これは「分子内シャペロン」としての機能とも言えます。

菌体外へ分泌された後、まずシグナルペプチドは、細胞膜に存在する特定の酵素（シグナルペプチダーゼ）によって切り離されます。次に、プロペプチドが成熟酵素部分の折り畳みを助け、安定した立体構造が形成されます。この構造形成が完了すると、サブチリシン自身が持つプロテアーゼ活性が発揮され始め、自身のプロペプチド領域と成熟体領域の間のペプチド結合が切断されます。最終的には、自己触媒的なプロセスによってプロペプチド全体が完全に分解され、完全に活性化されたサブチリシン成熟体が産生されるのです。この独特な成熟機構は、酵素活性を必要とする場所とタイミングで発現させるための巧妙なメカニズムと言えます。

立体構造

サブチリシンの精密な機能は、その独特な立体構造によって支えられています。サブチリシンBPN'のプロペプチドと成熟体複合体の結晶構造は、高分解能（2.0 Å）で解析されており、その詳細な分子構造はタンパク質構造データバンク（PDB entry: 1SPBなど）に登録されています。この構造情報が、サブチリシンの触媒機構や基質認識機構の理解に大きく貢献しています。

分子進化に見る収斂進化

タンパク質分解酵素であるセリンプロテアーゼは、進化の過程で大きく二つの主要なグループに分かれてきました。一つはサブチリシンに代表される「サブチリシン様セリンプロテアーゼ」ファミリーで、これにはsubtilisin BPN'のほか、thermitase、proteinase K、kexin、cucumisinなどが含まれます。もう一つはトリプシンやキモトリプシンに代表される「キモトリプシン様セリンプロテアーゼ」ファミリーで、真核生物に多く見られるtrypsin、chymotrypsin、thrombin、Xa因子、elastaseなどが含まれます。

驚くべきことに、バクテリア由来のサブチリシンと、真核生物由来のキモトリプシンは、アミノ酸の一次配列（並び方）の類似性は非常に低く、全体的な三次元構造（トポロジー）も異なります。それにも関わらず、タンパク質を切断するための酵素活性中心には、セリン（Ser）、ヒスチジン（His）、アスパラギン酸（Asp）という共通の三つのアミノ酸残基が、非常によく似た立体的な配置で存在しており、同じような触媒反応機構で機能すると考えられています。これは、全く異なる祖先を持つタンパク質が、独立した進化の過程で、同じような機能を果たすために、結果として非常によく似た活性部位構造を獲得したことを示しています。このような現象は「収斂進化（convergent evolution）」と呼ばれ、生物が環境に適応する中で機能的に有利な形質が独立して進化してきた興味深い事例の一つとして、サブチリシンとキモトリプシンのセリンプロテアーゼはよく研究されています。サブチリシンは、枯草菌によるタンパク質の分解の他、抗菌性物質としての機能も持つことが知られています。

関連項目として、より一般的な加水分解酵素やセリンプロテアーゼ、あるいは枯草菌が関わるナットウキナーゼなどがあります。

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