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酵素の種類とは

ひとくちに「酵素」といっても、働きや役割は種類によってさまざま。「体内酵素」と「体外酵素」という大分類にわけられ、それぞれ「消化酵素」と「代謝酵素」という小さな分類にわけられます。種類別に酵素の働きや代表的な酵素の役割をわかりやすく解説しているので、参考にしてみてください。

体内酵素

消化酵素

消化酵素は、食事から摂取した栄養素を身体に吸収されやすい形へと分解する働きを持つ酵素の総称です。人間や動物の身体の中で作られているため、あなたの身体の中にも備わっています。消化酵素にもたくさんの種類があり、種類によって分解できる栄養素はバラバラ。1つの酵素が持つ働きはひとつなのです。

一般的には、ご飯やパンなどの炭水化物を分解する「アミラーゼ」、揚げ物をはじめとする脂肪を分解する「リパーゼ」、お肉をはじめとするタンパク質を分解する「プロアテーゼ」などの消化酵素が有名です。

代謝酵素

代謝酵素は、消化酵素の働きを補いながら、健康を維持してくれる体内酵素の総称です。消化酵素によって分解された栄養素を身体の細胞へ届けたり、体内の毒素を輩出したり、ホルモンバランや体内環境を整えたりする役割を持っています。消化酵素が不足しているとき、代わりに使用されるのも代謝酵素です。

代謝酵素は私たちの体内にある全ての組織・器官に存在します。そして、それぞれ異なる働きを持っているのが特徴です。

食事をした際の体内酵素(消化酵素・代謝酵素)の働き

まず初めに、食べ物に含まれる糖質が唾液に含まれる「アミラーゼ」という消化酵素によって「ブドウ糖」や「麦芽糖」へと分解されます。そのまま胃へ運ばれた食事に含まれるタンパク質は、胃液に含まれる「プロアテーゼ」という消化酵素がアミノ酸に分解。膵臓や腸へ運ばれた食べ物に含まれる脂質は、膵液や腸壁に存在する「リパーゼ」によって脂肪酸へと変化。消化酵素によって分解された栄養素は、それぞれの部位にある代謝酵素によって細胞へと届けられ、私たちの骨や皮膚、血液の材料となります。

存在する場所による酵素の分類

生物の身体の中において起こっている反応の全てが、「酵素」によるものであると言っても過言ではありません。

「酵素」は生物や植物の身体の中に、普遍的に存在しています。代謝と言われる物質の合成や分解をするために欠かせないものなのです。

酵素には分類方法がいくつかあります。ここでは「膜酵素」「可溶型酵素」「分泌型酵素」など、存在する場所による酵素の分類を詳細について解説します。

膜酵素

細胞を構成している膜を生体膜と言いますが、その生体膜の中に存在している酵素のことを「膜酵素」と呼びます。

生体膜内に存在している膜酵素は、生体膜の機能になる酵素の「ATPアーゼ」「ATP合成酵素」「呼吸鎖複合体」「バクテリオロドプシン」が多いことがわかっています。これらの酵素は、細胞内でエネルギーを作るのに必要だったり、細胞内外へさまざまな物質を行き来させる役割を持っていたりします。

膜酵素は、全てが生体膜内に存在しているわけではなく、膜内に埋まっているもの(埋没型)、膜を貫通しているもの(貫通型)、膜の一部に貼り付いているもの(付着型)の3つに分かれます。

可溶型酵素

可溶型酵素は、細胞の核以外の部分である細胞質に存在している酵素です。水に溶けやすいため、可溶型と呼ばれています。形は球形をとっていることが多く、その外部は親水性アミノ酸が、内部には疎水性アミノ酸が集まって構成されています。

分泌型酵素

水に溶けやすい性質の可溶型酵素の中でも、細胞の外に分泌される酵素を分泌型酵素と言います。分泌型酵素は、細胞の外にある物質を細胞内へ取り込みやすいようにする働きがあります。よく耳にする消化酵素は、分泌型酵素の代表です。タンパク質分解酵素のプロテアーゼなどと言えば分かりやすいでしょうか。

細胞外とはとても厳しい環境であることが多く、その厳しい環境を耐えるには頑丈でないと生き抜くことができないため、分泌型酵素は頑丈な酵素が多いという特徴があります。

反応の種類による酵素の分類

酵素は触媒する際の反応の形式(反応特異性)に基づいて「酸化還元酵素反応」「転移酵素」「加水分解酵素」「除去付加酵素」「異性化酵素」「合成酵素」の6つに分類されています。

ここからは、6つに分類の特徴を順番に見て行きましょう。

酸化還元酵素(オキシドレダクターゼ)

反応物から生成物ができる際に、「電子を得る、失う」「酸素を得る、失う」「水素を得る、失う」のいずれかの反応が酸化還元反応です。

その酸化還元反応を助ける働きをするのが、酸化還元酵素です。オキシドレダクターゼとも呼ばれ、身体の中で最も多い酵素群と言われています。

酸化は通常、代謝物質の脱水素反応で生じます。そして、O2が水素の受容体となる酵素を酸化酵素(オキシダーゼ)と言います。色素などが受容体となる酵素は脱水素酵素(デヒドロゲナーゼ)です。また、グルタチオンレクターゼは、グルタチオンへの還元を助ける酵素です。

転移酵素(トランスフェラーゼ )

転移酵素はトランスフェラーゼとも言います。元となる物質に含まれる原子団(転移基)を別の場所へ、名前の通り「転移」させます。

代表的な転移酵素はアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(AST)、アラニンアミノトランスフェラーゼ(ALT)、γ‐グルタミルトランスフェラーゼ(γ‐GT)など、健康診断の血液検査でよく見かけるものです。

身体の中で多く認められる転移酵素には、トランスアミナーゼ(アミノ基転移酵素)があります。これはアミノ酸とケト酸間でアミノ基の転移反応を触媒する酵素です。その他、トランスアシラーゼ(アシル基転移酵素)、ホスホトランスフェラーゼ(リン酸転移酵素)などがあります。

加水分解酵素(ヒドロラーゼ)

加水分解酵素はヒドロラーゼとも言い、加水分解反応を触媒する酵素です。加水分解反応とは分子に水が反応することで、物質そのものが分解される反応を言います。タンパク質や脂質、炭水化物をアミノ酸や脂肪酸、ブドウ糖などに消化分解するのに関わるなど、消化酵素が行う反応でもあります。

例えばでんぷん等のグリコシド結合を加水分解するグルコアミラーゼという酵素は、アミロース(でんぷん)に水分子を与えることで、ブドウ糖であるグルコースに分解します。

アルカリフォスファターゼ(ALP)、コリンエステラーゼ(CHE)、アミラーゼ(AMY)、α‐グルコシダーゼ、スクラーゼ、ペプシンなどの酵素が代表的な加水分解酵素です。

除去付加酵素(リアーゼ)

除去付加酵素はリアーゼとも言います。離脱反応と付加反応を触媒する酵素です。離脱反応では、基質の原子団を切離し、2重結合と呼ばれる状態にします。付加反応では、2重結合部分に反応しやすい置換基を入れる反応を触媒。2つの役割を持つ酵素です。

リアーゼは、反応の種類によってさらに6つに分類されます。例えば、カルボン酸に必ず有しているカルボキシル基を、炭酸として付加あるいは脱離させるカルボキシリアーゼ類、酵母などの行うエタノール発酵に関わっている除去付加酵素であるピルビン酸デカルボキシラーゼといった酵素があります。

異性化酵素(イソメラーゼ )

異性化酵素はイソメラーゼとも呼ばれる酵素です。同じ原子を持っている物質でも、構造が違うものを異性体と言いますが、異性化酵素はある物質を異性体へ反応させる酵素です。よく耳にする異性体には、L-システインとD-システインがあります。同じ原子を同じ数だけ持っているため同じ「システイン」とついていますが、鏡に映したように左右対称の形をしている異性体です。

異性化酵素で代表的なものには、ムタロターゼやホスホグルコムターゼ、トリオースリン酸イソメラーゼなどがあります。

合成酵素(リガーゼ)

合成酵素のうち、加水分解を必要とするものがリガーゼです。リガーゼは、アデノシン三リン酸(ATP)やGTP、NADなどのエネルギー化合物を、加水分解するときの触媒として働きます。2つの分子を結合させる反応を触媒する酵素を総称してリガーゼと読んでいます。代表的な合成酵素は、アシルCoAシンテターゼ、ピルビン酸カルボキシラーゼなどです。

ちなみに、加水分解を必要としないものは、リアーゼという種類に属します。

体外酵素(食物酵素)

食物酵素とは、その名の通り食事から摂取できる酵素の総称です。

酵素は乱れた食生活やストレス、睡眠不足や喫煙など、さまざまな要因で大量に消費されます。酵素学の権威である米国のエドワード・ハウエル博士によると、一生のうちに体内で生成される酵素の量は生まれたときから決まっているとのこと。酵素を生成する能力は個人差があるため、不足している人は食物酵素(体外酵素)で補う必要があります。食物酵素にも消化酵素と代謝酵素が存在するため、摂取して体内酵素の消費量を抑えましょう。

食物酵素が含まれる代表的な食べ物は果物(パイナップルやバナナ)や発酵食品(納豆や味噌)、肉や魚、野菜(大根やニンジン)、海藻などです。

食物酵素(体外酵素)について、消化できる栄養素の種類ごとに詳しく解説いたします。

デンプン分解酵素

緑色の植物が太陽のエネルギーを使用して生合成する多糖類で、緑色植物のみならず微生物や動物を含めた地球上の多くの生物のエネルギー源となっている物質がデンプンです。そのため、これらの生物はデンプンを分解する酵素を持っており、分解したグルコースを細胞内に取り込むことによって活用する作用があります。

デンプン分解酵素にはα-アミラーゼ、β-アミラーゼ、プルラナーゼがあり、ダイコンやヤマイモにも多く含まれています。

  • α-アミラーゼ α-アミラーゼには耐熱性の高いものが多いため工業的に広く生産されており、デンプン糖化工業に活用されているようです。
  • β-アミラーゼ α-アミラーゼとともに古い歴史を持ったアミラーゼで、麦芽やダイズ,サツマイモなど植物由来の酵素が詳しく研究されています。
  • プルラナーゼ プルラナーゼはKlebsiella などの微生物から発見され、比較的至適温度の高い酵素が工業的に生産される特徴があります。デンプンからのグルコースやマルトースの生産に、グルコアミラーゼやβ-アミラーゼとともに使用されています。

糖質関連酵素

糖質関連酵素とは、グリコシドの結合に作用している酵素の総称です。デンプンやセルロースなどの多糖に作用するアミラーゼやセルロースなどの酵素以外にも、高等生物の細胞表面にある複雑な糖鎖に作用しているものも含みます。

例えばデンプン、乳糖、蔗糖など、食べることが可能な糖質に作用する酵素は、新しく食品の素材を生産するときに応用することが可能です。さらにセルロースやヘミセルロースなどの酵素は、植物細胞壁に作用しており、食べることができない糖質で、バイオ燃料などに変換する機能を持っています。

つまり糖質関連酵素の種類は非常に多く、加水分解酵素ファミリーに限定しても、これまでに約130種類余りの酵素が発見されています。ラクターゼやβ-フラクトフラノシダーゼなどの酵素があり、乳糖をグルコースとガラクトースに、砂糖をブドウ糖と果糖に分解することが可能です。

夏目漱石のデビュー作である「吾輩は猫である」の中でも糖質関連酵素は登場しています。吾輩が住みついた家の主の苦沙弥先生が消化剤を服用しているシーンの「タカジヤスターゼ」は酵素のひとつです。

タンパク質関連酵素

タンパク質を分解する酵素はプロテアーゼ、ペプチドを分解する酵素はペプチダーゼと呼ばれています。プロテアーゼの種類は非常に多く、ほとんどの微生物はプロテアーゼを生産しているため、生産量が多いものや特徴的な性質のものが厳選され有効に活用されているようです。

例えば麹カビは清酒や醤油の醸造に活用されており、高いプロテアーゼ活性を持った性質があります。そのほかにもBacillus licheniformis, B. amyloliquefaciens などの細菌類や放線菌類も活性が高い点が特徴的です。植物由来の酵素としてパパイヤの実に含まれるパパイン、パイナップルに含まれるブロメラインがメジャーでしょう。さらに動物由来の酵素なら胃液のペプシン、膵臓で分泌されるトリプシン、キモトリププシンが有名です。

プロテアーゼは基本的にはタンパク質のペプチド結合を加水分解し、ペプチドあるいはアミノ酸を生成する反応があります。

食品の製造や加工分野において、動物および植物タンパク質を原料としている調味料の製造や食肉の軟化剤、カゼインを原料としているチーズの製造などがあります。医薬品の分野においては消化剤や抗炎症・去痰剤などに利用されるなど幅広い分野に活用されています。

脂質関連酵素

脂質分解酵素として最も知られているのが、グリセロールエステルを分解し、脂肪酸を遊離するリパーゼとグリセロリン脂質、スフィンゴリン脂質などのリン脂質を分解するホスホリパーゼでしょう。

ホスホリパーゼを大別すると、アシルハイドロラーゼとホスポジエステラーゼに分類されます。アシルハイドロラーゼはホスホリパーゼA2、A1、B、リゾホスホリパーゼ、PAFに特異的に作用。脱アセチル化するPAF― アセチルハイドロラーゼなどが属しています。ホスホリパ― ゼC、Dは、ホスポジエステラーゼに属しているのが特徴的です。

セルラーゼ

セルラーゼとは、セルロースをブドウ糖が複数繋がった形のオリゴ糖に分解する酵素のことです。ウシやウマなどの草食動物や、シロアリは腸内細菌にセルラーゼを持っており、それを利用してセルロースを分解しています。

セルロースとは多く存在しており、再生利用が可能な有機化合物でグルコース、いわゆるブドウ糖の重合体です。

人間の体内にはセルラーゼは存在していません。人間の場合にはデンプンを摂取し、それをアミラーゼによってブドウ糖に分解することによってエネルギー源としています。つまり紙を食べたからと言って栄養に変えることはできないでしょう。

体外酵素(食物酵素)を摂取する際の注意点

酵素の働きは50度以上の加熱で弱まってしまうため、調理方法に注意する必要があります。生しぼりフルーツジュースやお刺身、野菜スティックなどがおすすめ。酸化にも弱いため、非加熱調理後はなるべく早く食べましょう。

酵素の種類別に見る検査の概要

人間の体内の細胞には、いろいろな酵素が存在しています。この酵素が、体内で病的な反応を見せる場合があり、酵素検査はそうした異常を調べる検査です。例えば炎症などが起こったときに血液中に流れ出して増加する、あるいは減少したりするといったことを調べます。

流れ出した酵素の濃度を測定することで、障害のある臓器がどこか、障害の重度はどのくらいかを調べられるのです。これを「血清酵素検査」と言います。ここでは酵素ごとの調べられる臓器等をお話します。

内臓と酵素の組み合わせ

内臓にはさまざまな酵素が存在し、炎症などの異常により細胞から血中へ酵素が流れ出します。その血中の濃度を測定することによって病気の診断に有用なデータを得ることができます。検査項目と代表的な臓器を示します。

  • 肝臓:AST(GOT)、ALT(GPT)、LD(LDH)、ALP、コリンエステラーゼ、LAP、γ-GTP
  • 膵臓:アミラーゼ、P-アミラーゼ、リパーゼ
  • 心筋、骨格筋:CK(CPK)、AST(GOT)

AST(アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ)

ASTは転移酵素です。アミノ酸とα-ケト酸とのアミノ基を触媒します。肝臓、心筋、骨格筋、腎臓などの各細胞に存在しており、臓器等に障害がある場合は血液中に多くASTが流れ出すことから、臓器の障害の程度や治療の経過などを知るために用いられます。

基準値は7~35U/L。この数値より上昇した場合、 肝臓や心筋などの臓器で細胞破壊や臓器障害が生じている可能性があるということです。主には、肝機能の指標として利用されています。

ALT(アラニンアミノトランスフェラーゼ)

ALTもASTと同様にアミノ基転移酵素です。基準値は1リットルの血液の中に5~40U/Lで、ここから逸脱していれば何かしら臓器等の障害があることを意味します。また、ALTはASTと比べて肝臓に特に多く含まれているため肝機能障害への特異性が高いのが特徴です。

基準値を超えているときは、急性肝炎や慢性肝炎、アルコール性肝障害、薬剤性肝障害、肝硬変、脂肪肝などが疑われます。ただし、激しい運動などを行ったときに一時的に上昇する場合がありますが、時間が経てば元に戻るため心配はいりません。正確な数値を計るためにも、検査前には激しい運動をしないようにしましょう。

LD(乳酸脱水素酵素)

乳酸脱水素酵素であるLD(LDH)は、体内で糖が分解されてエネルギーに変わる部分で働く酵素です。身体のほとんどの組織や臓器に存在しています。

特に肝臓、心臓、腎臓、肺、筋肉、赤血球などに多く存在しており、血液中のLDの値が高い場合は、LDを多く含む臓器が障害をきたしていることを意味します。基準値は血液1リッターあたり120~240U/Lの範囲。ALT同様に、運動によって値が上昇してしまうことがあるので、検査前数日は運動を控えておきましょう。

ALP(アルカリフォスファターゼ)

ALPは体内のいろいろな場所に存在し、リン酸化合物を分解する働きを持つ酵素です。ALPは肝臓や腎臓、骨などで生成され、最終的に肝臓で処理され胆汁中に流れ出します。

病気によって胆道が塞がれると、胆汁の流れが悪くなる胆汁うっ滞や肝臓そのものの機能が低下。すると、ALPが血液へ逆流する現象が起こり、ALP値が上昇します。

ALPは肝炎や肝硬変などによる数値上昇はしないのに対して、AST、ALTは肝炎、肝硬変などで値が上昇するので、ALPとAST、ALTの検査の値を比較することで、悪い箇所を判断できるのです。

γGT(ガンマ・グルタミル・トランスペプチダーゼ)

γGTは腎臓、肝臓に多く存在する転移酵素です。このγGTの値が上昇した場合は、黄疸、肝癌、アルコール性肝障害、慢性活動性肝疾患などが疑われます。

γGTはアルコールにとても反応する酵素です。したがってアルコール性肝障害と他の肝障害の判定に役立ちます。例えば禁酒を必要とする疾患で医師より禁酒が求められていたとき、本当に禁酒しているかの判定もできてしまいます。こっそり飲めば大丈夫、とは行きません。

LAP(ロイシンアミノペプチターゼ)

LAPは加水分解酵素で、肝臓や腎臓、小腸、膵臓などの細胞中に存在しています。胆道酵素とも呼ばれており、胆汁うっ滞があると値が上昇。黄疸の鑑別や肝・胆道系疾患の診断、そして診断後は治療の経過観察などに用いられている酵素です。

基準値は80~160 IU/Lとなっています。

ChE(コリンエステラーゼ)

ChEは加水分解酵素です。肝臓で作られ血液中に放出されるもので、肝疾患の場合は値が低下します。特に肝機能障害によって活性低下を起こすので、肝機能検査の1つとしてとても重要な指標です。また有機リン剤による中毒でも値は低下します。

基準値は100~240 IU/Lです。基準値に当てはまらない場合、慢性肝炎や肝硬変、ひどい場合は肝がんが疑われます。

生食が苦手な方は「生きたまま酵素」がおすすめ!

体外酵素(食物酵素)を摂取したいけれど生食が苦手。手間ひまかけて非加熱調理のバリエーションを増やす時間がない。できるだけ食生活を変えずに酵素を摂取したいという方は、手軽に体内酵素を補える「生きたまま酵素」がおすすめです。

「生きたまま酵素」とは、酵素の効力を失う「加熱・加圧」などの処理を行わずに製造された酵素サプリメントのこと。「生酵素」や「毒だし酵素」とも呼ばれています。一部、第三者機関による科学的証明(エビデンス)もあるので必見です。

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