カルボキシペプチターゼはタンパク質の消化に重要な酵素

カルボキシペプチターゼとは

タンパク質はアミノ酸がアミド結合によって連結されて構成されているものです。

タンパク質の代謝を触媒する酵素として代表的なものにタンパク質のアミド結合を加水分解するプロテアーゼがあります。
その中でもタンパク質のアミノ酸配列の末端においてアミド結合を切断する反応を触媒する酵素がエキソペプチターゼであり、そのうちでカルボン酸があるC末端からアミノ酸残基を１つずつ切断する酵素がカルボキシペプチターゼです。カルボキシペプチターゼとは逆にアミノ基のあるN末端からアミノ酸残基を１つずつ切断する酵素はアミノペプチターゼと呼ばれます。

また、これらのペプチターゼとは逆に、アミノ酸配列の中央部においてアミド結合を加水分解するエンドペプチターゼもあり、様々な方法でタンパク質を分解する酵素が生体内では機能しています。

カルボキシペプチターゼにはいくつかの種類があり、動物の場合には膵臓由来となるものがほとんどですが、植物も微生物もこの酵素の恩恵を受けています。

例えば、ヒトの消化活動に関わるカルボキシペプチターゼは主に膵臓でプロカルボキシペプチターゼとして合成、分泌され、十二指腸でトリプシンやエンテロキナーゼによって生成します。
この場合は消化酵素として消化管内に分泌されることから、基質特異性が低く、多くのタンパク質をカルボン酸末端から順番にアミノ酸へと分解していきます。このことから、生化学の世界でもよく応用されます。

即ち、主にはカルボキシペプチターゼYと呼ばれる酵母由来のカルボキシペプチターゼや膵臓由来のカルボキシペプチターゼが用いられますが、これを用いてタンパク質の分解を行うことによってカルボン酸末端から順番にアミノ酸を切り出し、そのアミノ酸配列を決定することが可能です。

この方法はカルボキシペプチターゼ法と呼ばれ、古くからタンパク質のアミノ酸配列の決定に用いられてきています。このように信頼性をもってカルボン酸末端のアミノ酸を切断できるのがカルボキシペプチターゼです。

カルボキシペプチターゼの役割

基質特異性の低いカルボキシペプチターゼの役割として重要なものは小加工としてタンパク質をアミノ酸に分解することにより吸収できる状態にするというものです。

カルボキシペプチターゼAと呼ばれる酸性アミノ酸や中性アミノ酸を遊離させるのに特化したものと、カルボキシペプチターゼBと呼ばれる塩基性アミノ酸を遊離させる反応を触媒する酵素があり、これらが膵臓において機能することでタンパク質のアミノ酸への分解を促進しています。

これは胃でタンパク質の分解を促進するペプシンという消化酵素に比べて基質特異性が低いことに特徴があり、ペプシンである程度細かくすることによって膵臓での分解を効率的に行えるようにしているという側面があります。

このような消化における重要な役割がある一方で、実際には基質特異性が比較的高いカルボキシペプチターゼも存在しています。こういった酵素は生体内においてタンパク質のカルボン酸末端のアミノ酸を切り出すことによってその機能を活性化したり不活性化したりする反応に関与する役割を果たしています。
したがって、総じてみるとタンパク質の分解と生体内シグナルの情報伝達において役割の大きい酵素であると言えます。

一方で、ツールとしてのカルボキシペプチターゼも重要です。
日本食において欠かせない醤油や味噌、日本酒の発酵の過程においてカルボキシペプチターゼ活性が計測されています。発酵に用いられる麹は酸性カルボキシペプチターゼと呼ばれる酸性の至適pHをもつカルボキシペプチターゼを生産していますが、この活性の高さによってうまみや風味、雑味の様子が変わることから、この酵素力価をうまく制御することによっておいしい醤油や味噌、日本酒が製造されるようになってきています。

日本酒の醸造においてはカルボキシペプチターゼ活性が低い方が良いことからその活性の麹を開発するなど、カルボキシペプチターゼを指標とした醸造法の開発も進んでいます。