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プロテアーゼ

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/04/08 09:01 UTC 版)

プロテアーゼの生物多様性

プロテアーゼは、原核生物から真核生物、ウイルスに至るまで、あらゆる生物に存在している。これらの酵素は、食物タンパク質の単純な消化から高度に制御されたカスケード (たとえば、血液凝固カスケード、補体系、アポトーシス経路、無脊椎動物のプロフェノールオキシダーゼ活性化カスケード) まで、多くの生化学的反応に関与している。プロテアーゼは、タンパク質のアミノ酸配列に応じて、特定のペプチド結合を切断する (限定的なタンパク質分解) か、またはペプチドをアミノ酸に完全に分解する (無制限なタンパク質分解) かのいずれかである。その活性は、破壊的な変化 (タンパク質の機能を破壊するか、またはその主成分に消化する)、機能の活性化、またはシグナル伝達経路のシグナルとなることがある。

植物

植物性レンネットと呼ばれるプロテアーゼを含む植物樹液は、ヨーロッパや中東で何百年にもわたってコーシャチーズやハラールチーズの製造に使用されてきた。ウィザニア・コアギュランス (Withania coagulans (英語版)) から採れる植物性レンネットは、インド亜大陸で消化不良や糖尿病のアーユルヴェーダ治療薬として何千年もの間使用されてきた。またパニールの原料としても使用される。

植物ゲノムは、大部分は未知の機能を持っている何百ものプロテアーゼを符号化している。機能がわかっているものは、主に発生調節に関与している^[12]。植物プロテアーゼは光合成の調節にも関与している^[13]。

植物には、プロテアーゼを豊富に含むものがある。

パパイヤ - 果肉にパパインを含む。食肉の改質剤（軟化剤）としての利用も行われている。
パイナップル - 果肉にブロメライン（ブロメリン）を含むため、大量に食べると唇から出血したり、舌に痺れを感じさせる。
ショウガ - 根にジンギパイン（ジンギバイン）を含む。牛乳の凝固剤としての利用がある。
イチジク - 果肉にフィカイン（フィシン）を含む。
キウイフルーツ - 果肉にアクチニダイン（アクチニジン）を含む。

動物

プロテアーゼは、さまざまな代謝プロセスのために生物全体で使用されている。胃に分泌される酸性プロテアーゼ (ペプシンなど) や十二指腸に存在するセリンプロテアーゼ (トリプシンやキモトリプシン) によって食物中のタンパク質を消化することができる。血液中の血清中に存在するプロテアーゼ (トロンビン、プラスミン、ハーゲマン因子など) は、血液凝固や血栓の溶解、および免疫系の正しい働きに重要な役割を果たす。その他のプロテアーゼ (エラスターゼ、カテプシンG) は白血球に存在し、代謝制御においていくつかの異なる役割を果たす。ヘビ毒の中には、マムシの血毒素のようなプロテアーゼもあり、犠牲者の血液凝固カスケードを妨害する。プロテアーゼは、ホルモン、抗体、または他の酵素のような重要な生理学的役割を果たしている他のタンパク質の寿命を決定する。これは、生物の生理学における最も速い「スイッチオン」と「スイッチオフ」の調節機構の一つである。

複雑な協調作用により、プロテアーゼはカスケード（英語版）反応として進行することがあり、その結果、生理学的シグナルに対する生物の応答の迅速かつ効率的な増幅される。

バクテリア

バクテリア (bacteria、細菌)は、タンパク質のペプチド結合を加水分解するためにプロテアーゼを分泌し、タンパク質を構成アミノ酸に分解する。タンパク質のリサイクルの中で、地球規模の炭素と窒素の循環にとって細菌や真菌のプロテアーゼは特に重要で、そのような活性はこれらの生物の栄養シグナルによって制御される傾向がある^[14]。土壌中に存在する何千もの種の間でプロテアーゼ活性の栄養制御による正味の影響は、タンパク質が炭素、窒素、または硫黄の制限に応じて分解されるように、全体的な微生物群レベルで観察することができる^[15]。

細菌には、変性タンパク質 (折りたたまれないまたは過って折りたたまれたタンパク質) を分解することにより、一般的なタンパク質の品質調整に関与するプロテアーゼ (たとえばAAA+プロテアソーム) が含まれている。

分泌された細菌性プロテアーゼはまた、外毒素として作用する可能性があり、細菌性病因（英語版）の病原因子 (たとえば黄色ブドウ球菌の外毒素) の一例となりうる。細菌性外毒素プロテアーゼは、細胞外構造を破壊する。

納豆菌は、フィブリン (血栓の主成分) を溶解するナットウキナーゼを含有する。

ウイルス

一部のウイルスのゲノムは、1つの巨大なポリタンパク質を符号化しており、これを機能的な単位に切断するためにプロテアーゼが必要である (例えば、C型肝炎ウイルスやピコルナウイルス)。これらのプロテアーゼ (例えばTEVプロテアーゼ) は高い特異性を持ち、非常に限られた範囲で基質配列のセットのみを切断する^[16]。したがって、これらのプロテアーゼは、プロテアーゼ阻害剤の一般的な標的である^[17]^[18]。

菌類

マイタケ - マイタケプロテアーゼを含む。
麹
ケカビ
クモノスカビ

脚注

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