テルモリシン

テルモリシン：熱に強い酵素の働きと応用

テルモリシンは、グラム陽性菌の一種であるBacillus thermoproteolyticusが生産する酵素です。その最大の特徴は、高い熱安定性を持ち、70℃の高温下でも構造を維持できる点にあります。中性金属プロテアーゼに分類されるテルモリシンは、ペプチド結合を加水分解する反応を触媒するだけでなく、その逆反応であるペプチド結合形成にも利用されています。

テルモリシンの合成と構造

テルモリシンは、まずプレプロ酵素として合成されます。このプレプロ酵素は28アミノ酸のシグナルペプチド、204アミノ酸のプロ酵素部分、そして最終的な成熟酵素となる316アミノ酸部分から構成されています。シグナルペプチドは細胞膜への移動を促し、ペリプラズムで除去されプロ酵素となります。プロ酵素は自身のペプチド結合を自己切断することで成熟テルモリシンへと変化し、細胞外へと分泌されます。

成熟テルモリシンの分子量は約34,600Daで、2つの球状ドメインから成る独特の構造をしています。2つのドメインの間には深い溝があり、N末端側のドメインは主に平行βシート、C末端側はαヘリックスで構成されています。これらのドメインは中央のαヘリックスによって連結されています。

テルモリシンの高い熱安定性

テルモリシンの顕著な特徴である熱安定性は、その構造に深く関係しています。多くのタンパク質は加熱によって構造が変化し機能を失いますが、テルモリシンは70℃を超える高温でも構造を維持し、活性を保ちます。熱安定性の指標となるT50値（酵素活性が半分になる温度）は86.9℃と非常に高く、同種の酵素の中でもトップクラスです。

この高い熱安定性には、カルシウムイオンが重要な役割を果たしています。4つのカルシウムイオンが構造安定化に寄与し、そのうちの1つの結合が熱不活性化に影響することが分かっています。しかし、熱安定性への寄与はカルシウムイオンだけでなく、N末端ドメイン表面の特定のアミノ酸残基、特に63番目のフェニルアラニンと69番目のプロリンも重要な役割を担っています。これらのアミノ酸を他のアミノ酸に置換すると、熱安定性が著しく低下することが実験的に示されています。

テルモリシンの応用

テルモリシンの高い熱安定性と特異的なペプチド結合切断活性は、様々な分野で応用されています。

アスパルテーム合成: アスパルテーム合成においてテルモリシンを使用することで、苦味成分の少ない副生成物を得ることができます。
タンパク質安定性評価: FASTpp（Fast parallel proteolysis）アッセイという手法で、細胞溶解液中のタンパク質の安定性を評価する際に利用されます。

このように、テルモリシンは基礎研究から産業応用まで、幅広い分野で重要な役割を果たす酵素です。その高い熱安定性と特異的な酵素活性は、今後も新たな応用が期待される重要な研究対象となっています。

もう一度検索