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2013/06/23

酵素補説

togetterに「はたらけ!酵素ちゃん ~酵素物語 その6~」という素晴らしいまとめがあります。酵素学の門外漢である主婦が、「酵素飲料」とか「酵素ダイエット」とかのあやしい酵素にだまされないための解説絵本を書こうと思い立った。

ラフを一読して、「ここは押さえておいてほしい」と思った点をいくつか。

酵素には種類がたくさんある


酵素の相手は、基本的に一酵素につき一種類。デンプンを消化する酵素はタンパク質を消化できない(基質特異性)。また同じ反応を司る酵素にも〈兄弟〉がいて、性質に違いがある(ある酵素はアルカリ性でよく働き、別の酵素は同じ反応を中性でより促進する)。生息環境の異なる生物(たとえば大腸菌とヒト)間で酵素が異なることは容易に想像できるが、同じ生物種の体内でも働き方が異なる酵素が存在することがある(イソ酵素/アイソザイム)。

酵素ダイエットとか酵素飲料とかにコロッと ***Deleted for the Courtesy Reasons*** な人は、おそらくここを理解していない。細菌飲料といえば分かるだろうか。乳酸菌飲料なら人体に有益だけれども、大腸菌飲料とかコレラ菌飲料を飲みたいとは思わないはずだ。ましてや「お腹で活き活き」を謳っているならば!(医学史では有名なお話の一つに、コレラの原因を巡る論争がある。コッホが発見した「コレラ菌」はコレラの原因ではないとするペッテンコッファーは培養コレラ菌を飲むという人体実験を行った。彼自身は下痢だけで済んだが、弟子の中には危うく死にかけた者もいる。)

酵素は基本的に6種類


前のエントリーでEC番号(酵素番号)を説明するとき割愛してしまったのだが、酵素は司る反応によって大きく6つに分類される。

酸化還元酵素
基質(酵素が働きかける相手)を酸化したり還元したり。例としては酒を代謝するアルコールデヒドロゲナーゼ。

転移酵素
基質の構造の一部を別の基質へ移す。例としてはリン酸基を移すキナーゼ。

加水分解酵素
水と反応させながら化学結合を切って基質を分解する。例としては消化酵素のペプシン。

脱離酵素
脱離反応や付加反応をと言ってもピンと来ないでしょうなぁ。別名は除去付加酵素。例も適当な酵素が思い浮かばない。

異性化酵素
分子内の反応を進める。例としてはアミノ酸のL体をD体にかえるラセマーゼ。
合成酵素
ATP(アデノシン三リン酸)を使って複数の基質を結合する。例としては切れたDNAを修復するDNAリガーゼ。

上記のまとめで登場する「ロミエット」が登場するのは、脱離酵素(リアーゼ)と合成酵素(シンテターゼ)が媒介する反応。これが〈結婚〉させる反応。〈重婚〉になるのを防ぎたいなら(ytambeさんが挙げている)グルクロン酸抱合は好例。

〈離婚〉に相当するのは加水分解酵素。〈変身〉は酸化還元、転移、異性化か。

酵素は基質と結合する


絵解きする場合に描く必要はないけれど、酵素は基質とくっつくことで反応を進めるということは頭に入れておいた方が良い。ここを押さえていると基質特異性とかKm値とか酵素の阻害とかも理解しやすい(と思う)

酵素は壊れる


酵素は触媒であり、触媒は化学反応の前後で変化しないと定義されている。つまり反応が進んでも酵素が比例して減ることはない。

とはいえ酵素のほとんどはタンパク質なので、徐々に壊れていくし、熱や極端なpH、泡などによって構造が崩れ(変性)、機能しなくなってしまう。食事などで外から与えられた酵素が働かないと考えられるのは、次の理由による。


  1. 調理の過程で壊れる(加熱でも壊れるし、泡立てるとそれだけでタンパク質は構造が崩れる。また細胞が壊れると掃除屋である分解酵素群の封印が解かれ、目的とする酵素も破壊されてしまう)

  2. 胃酸で変性してしまう

  3. 胃や腸で消化されてしまう

  4. 目的の場所に到達しない(胃腸での変性や消化を免れてもタンパク質がそのまま吸収されることは少ない。また血中に入ったところで目的の組織や細胞内に選択的に入る可能性は極めて低い。)

さらに細胞内には変性したタンパク質(酵素)を元に戻す機能があり、またpHも安定しているので細胞外よりも酵素は壊れにくい。その点でも外部から加えた酵素は分が悪い。

なお、微生物の中には高温の温泉や低温高圧の深海底のような極端な環境で生育するものがいて、それらが利用する酵素には高温や強酸性/強アルカリ性でも壊れずに働くものがある。また普通の酵素は働かない低温で作用するものもある。しかし、これらは普通の食材には含まれていないだろう。

酵素は働く時と場所が決まっている


前にも触れたように、酵素(群)は生体内の至る所で働いている。何かを作る酵素がいれば、それを壊す酵素もいる。それらが勝手に働けば、生命は維持できない。たとえば急性膵炎は、小腸に分泌されてから働くべき消化酵素が、働くべきでない膵臓内で勝手に働き出して膵臓自身を消化してしまうために起きる。

また多くの場合、酵素が司る反応は複数が協調的に進んでいる。たとえばタンパク質の合成を考えると、1)DNAの読み取りとRNAの合成、2)RNAの読み取り、3)アミノ酸の結合、4)折りたたみと輸送、がシンクロしていなければ、原料が不足したり中間産物が溢れたりしてうまくいかない。「食べ過ぎたから消化酵素を飲む」で済むような単純な例は少ないのである。

合成されたばかりのタンパク質は、アミノ酸がつながっただけのヒモなので、そのままでは働かない。しかるべき構造に折りたたまれて初めて機能するようになる。またタンパク質の中には金属イオンやタンパク質以外の低分子(補酵素)と結合することで機能するようになるものもある。鉄はヘモグロビンに必要であるし、ビタミンB群は補酵素として機能している。

なお、酵素の働きを制御する方法としては、使うときに合成し用が済んだら分解するほかに、ストッパー(インヒビター/阻害剤)を外したり付けたりする、完成一歩手前の状態(プロザイム/前駆酵素/前酵素)で蓄積しておいて、短時間で一斉に完成させるなどのやり方がある。

前述の急性膵炎は、スタンバってる消化酵素(の前酵素)に誤った「それ、ここで働け」という合図が送られてしまうことで起きる。

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2013/06/19

酵素ってなんでしょう

私は大学の卒研で酵素を扱いました。そのころから「万田酵素」なんてものがあり、「なんか違う〈酵素〉があるな〜」とは思っていましたが、最近は酵素飲料とか酵素ダイエットなんてものも出てきて、物理学の人が〈波動〉を誤解されているのと似た状況に陥っているようだと現状認識。

きっかけは「かーちゃん」ことButayama3さん(わ、敬称内蔵型だ)がtogetterにまとめられた「酵素物語」(1-4)。酵素学をかじった人間が当たり前だと思っている知識が、実は全然当たり前ではないことを再認識させられました。基礎の基礎を生活感覚に合わせて説明しなければ...

さて評判の酵素飲料の作り方を調べてみると、「まずはこちらを見てください↓」と酵素についてもっと知りたい!! 素朴な疑問Q&A 【食事で酵素を効果的にとる 3つのワザ 】というページが紹介されている。そこをひらくともう目眩...

「免疫力を上げるには「酵素」をとる事です。」...そもそも免疫力の正体が不明ですが、仮に免疫細胞の活性だとしても、酵素は無関係。遺伝子の発現には酵素が必要とか、インターロイキンの合成には酵素が必要ってところまで行けば辻褄は合いますが...それなら「免疫力を上げるには炭素をとる事です」も成立する。

「(酵素とは)消化と代謝を助ける栄養素です」...もうね、アボカド、バナナと。

いちいち反論していたら長くなるので、上記ページのQ&Aに沿って解説しましょう(Q4,5は割愛)。

Q1. そもそも酵素って何?


(生体内で)化学反応を素早く行わせる触媒で、その実体はタンパク質(限られた領域ではRNAも酵素として機能しているが専門外の人は無視して構わない)。タンパク質だから、口から入れれば消化されるし、ヒト以外に由来する酵素を注射すればアレルギーを起こすことがある。

基本的に一種類の酵素は一種類の化学反応を司る。たとえばタンパク質を消化する酵素はデンプンを消化しない。タンパク質の消化でも、大きくぶった切る酵素と、腸で吸収できるアミノ酸にまで分解する酵素は別。また「タンパク質なら何でもござれ」というものから「特定の(構造を持った)タンパク質しか分解しない」というものまである。

多くの生命活動は酵素によって担われていると言える。たとえば刺激が神経を伝わるのさえ、酵素が関与している(殺虫剤の中には酵素を働かなくすることでシナプス接合部における神経伝達を異常にして虫を殺すものがある)。古典的な抗鬱剤が働きかけているのも脳の中の酵素。かと思えば毒蛇の毒も酵素、ジフテリア菌の毒も酵素。

発酵も微生物の酵素の働きで起きる。その過程を制御できていれば発酵だが、意図しない方向に進んだら腐敗と呼ぶのが相当。初めから酢を作るつもりなら酢酸発酵で、同じ現象でも酒を作るつもりが酸っぱくなってしまったのなら酸敗。

発酵、酵母、酵素。これらは互いに関係はあるものの、それぞれ別のもの。発酵は現象、酵母は発酵を起こす微生物(の一種)そして酵素は発酵を起こす物質。酵母による発酵は酵母菌内の酵素によって起こる。非正統的な酵素は発酵と区別の付いていないものが多い印象を持つ。これは ***Deleted for the Courtesy Reasons*** せいではないだろうか。

Q2.酵素は何に含まれているの?


酵素にはいろいろな種類がある。「酵素一般」が存在するのは生化学会大会の発表分類くらい。

アミラーゼなら唾液の中、ペプシンなら胃液の中、トリプシンなら小腸の中、カタラーゼなら血液の中、γグルタミルトランスペプチダーゼなら肝臓の中、ナットウキナーゼなら納豆の中といった具合。なお、それしかないという意味でも、そこにしかないという意味でもない。たとえばアミラーゼは麦芽や大根の中にもある。

したがって「酵素は何に含まれているの?」という問はナンセンス。それは「ビタミンの多い食べ物は何?」という質問が意味をなさないのと同じ(食べ物に限定しなければ「総合ビタミン剤」だが)

Q3.酵素が不足すると、どうなるの?


触媒は化学反応の前後で変化(減少)しない。もし生体内で酵素が不足すれば自動的に合成される(前酵素という半完成品で貯蔵しておいて、必要に応じて活性化する例もある)。それが間に合わなければ病気になる。生体外から補給した酵素が働くことは、極めてまれ(口から入れれば消化されるから)。効果があるのは風邪薬に配合されたリゾチーム(効かないという異論もある)、消化剤に配合されたジアスターゼやリパーゼくらいか。おっと脳梗塞の特効薬t-PAもその正体は酵素だが、これは消化酵素の影響を受けないように注射によって投与される。

Q6.酵素を無駄使いしないためにはどうしたらいいの?


「酵素の無駄遣い」が意味不明。酵素飲料などを信じている ***Deleted for the Courtesy Reasons*** な人の根本的な思い違いは、実際に機能している酵素とは別の、得体のしれない何かを酵素だと思い込んでいること(wikipediaの酵素の項目[2013年6月9日 (日) 21:18]にはわざわざ「酵素摂取による健康法が謳われ、健康食品やダイエットサプリメントなどに「酵素」の名を冠したものが数多く発売されているが、十分な科学的根拠がないものも多い。詳細は、酵素栄養学の項を参照」と注記されており、その酵素栄養学の項目では「一般的な生理学・分子生物学等との矛盾点」という一節が設けられている。)

実際に機能している酵素とはどんなものか。もちろん未同定のものはあるものの、その機能や性質がきちんと調べられたものには国際生化学分子生物学連合が名前を決め、EC番号を発行している。もし未知の、ヒトの健康に有用な酵素があるならば、家庭でできる摂取法の開発などよりも、その単離と同定に力が注がれるのが常識。特許を取るにはその方が有利だから。本当に有用であれば第三世界の民間療法さえ特許で押さえてしまうと非難される先進国の製薬会社等が見逃すはずがない

つまりまっとうな酵素であればEC番号を持っているし、それが未決定の場合でも名前を持っている。なぜならば名前がなければ研究を進めるのに支障をきたす。まさか論文に「アレ」とか「例の酵素」とか「松風」と書く訳にはいかない。そして司る反応が分かっていれば語尾が「-ase(カタカナの場合は〜アーゼもしくは〜エース)」の名前がつく。

逆にいえばEC番号がなく、名前(系統名または常用名)の無い酵素はモグリと言える。なお、語尾がaseではない酵素もある(カルパイン EC 3.4.22.17、ペプシン EC.3.4.23.1-3など)。

まとめ


世の中には酵素学が扱うような(まっとうな)酵素と、そうでないものとがある。
まっとうな酵素それぞれは、相手にする物質や促進する化学反応が決まっているスペシャリスト(体の中ではチームで働いている)。
まっとうでない〈酵素〉はただちにインチキと断定できるわけではないが、作用や性質が研究されている酵素と同列に見るべきではない。
酵素栄養学は正統的な学問とはみなされていない。

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2013/06/17

時間が短い「語彙・読解力検定」

朝日新聞とベネッセが主催する「語彙・読解力検定」を受検した。前回は時間が足りなくて読解の最終問題が手付かずという醜態を演じたので、今回は時間配分に特に気をつけ、どんどん飛ばすことで対応した。

それでも時間との戦いで、読解は問題文を精読していたらとても間に合いそうもないので、先に設問を読み、問われている周辺を斜め読みという受検テクニック依存に終始してしまった。もっとも語彙問題もえらくハイレベルで、まるで歯が立たない問題がいくつかあったが、そこでは「とにかく記入」という入試の基礎は発動せず、潔く無回答で通した(合格することが目的の入試とは異なり、この検定は自分の実力を知るのが目的なので、偶然による嵩上げを図っても意味が無い)

限られた時間内に書かれていることを読み取る読解力というものが求められる世界もあるだろうが、そういう正解を探すのだけが読解力だというのには疑問を感じる。なぜなら文章というものは書き手の意図から解き放たれているのだ。

分かりやすい例を挙げるなら、詐欺商法の勧誘文を読ませた場合、書き手が訴求したい「これは安全で確実に儲かります」を読み取るようではアウトで、勧誘文内の矛盾や外部世界(法律や経済状況)との齟齬を見つけ出せなければならない。「私はあなたをカモだと思っています」もまた正しい読み取りなのだ。

国語の試験問題ではしばしば「この時の作者(あるいは登場人物)の気持ちを述べよ」的な出題が槍玉にあがるけれど、実際の設問はどうなのだろうか。ひょっとしたら「作者の気持ちはどうだったと考えるか」ではないだろうか。さらにいえば校内テストであれば「授業ではどうだったと考えられると話したか覚えていますか」であり、入試ならば「どうだったと答える受験生が受け入れられると思いますか」と考えれば、なんの無理もない。

マークシートの場合、「正解はウ(3.)が多い」というような本質とは離れた得点テクニックが生まれるが、それはやむを得まい。しかし試験時間に関しては延長を要望したい。語彙と読解を分けて、間に休憩を挟めば各1時間(=現状+40分)は確保できるだろう。時間配分のような試験テクニックを語彙力・読解力に含めてほしくない。

それと、帰宅して落ち着いてから考えるとなんとなく理解できたが、あの段落を入れ替えた文章を読ませて正しい順番にさせる問題には悩まされた。おそらく段落番号を正しい順番に並べるのが正解なのだろうが、各段落が何番目になるかで答えた例もあるはず(私がそうだ)。マークシートの場合、典型的誤答例がどれだけあるのかを調べるのは簡単なはずなので、ぜひチェックしてほしい。別に正解にしろとは言わないけれど、質問の読解力を確かめるのは反則だと思う。正統的出題であれば、いくつかの順序例を示して正しいものを選択させるからだ。

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2013/06/12

「サイコロクラスタ」の謎判明

Twitterに「サイコロクラスタ」なるものがある(らしい)。アイコンの片隅にサイコロの目を描き込んでいる。ある人のプロフィールには次のように書かれている。「サイコロクラスターのメンバーは常時募集中です。勝手にサイコロを掲げてください。」

いったいこれはなんなのだろうか? そして、どうもサイコロなのに面が正方形になっていない。均等に目の出ない八百長サイコロではないか。とは思ったものの、深く追究することなくいたところ、先日「どらねこ&なるみーた Cafe」の後の懇親会で、当事者の一人から説明を聞くことができた。

アイコンの片隅に白地に赤丸を描き込んでいる人たちが痛々しいツイートを繰り返している。ああいうのが日本の代表とか多数派とか思われるのはとても不本意。心配するな、あれはサイコロの1の目なんだよ。それをはっきりさせるためにこちらは1以外の目を掲げましょう。ということらしい。ああ、それでサイコロのくせに縦横比を2対3にしてあるのか。

古いツイートを漁ってみると「今日からボクもサイコロクラスターの仲間入りです。現在1の目の方が多いので少数派ですが、負けませんよ。(意味不明)」(2010年)とか「遅ればせながら今日からぼくもサイコロクラスターです。2じゃダメですか?1じゃなきゃ(ry」2010年)とか。まとまった解説ツイートもあった。

【サイコロクラスター】ツイッターアイコンの隅になぜかサイコロの1の目を入れる人が多く、その発言内容には疑問を覚えるモノが多い事に気づいたたどらねこが、他の目も大切にしよう(?)と思い立って自身のアイコンに3の目を入れたことがはじまり。(らしい)

なお、アイコンに日の丸を2つも載せている人(描いているのではなくて写っている)もいますが、以前の野口聡一さんと同じで、これはきわめてまっとうな所属表示です。

野口さんの以前のアイコンを探したところ、あるブログのコメントに添えられていたこの画像がたぶんそうです。

こういう自他共に代表的な日本の宇宙飛行士あるいは日本の宇宙開発関係者と認められるような人ならアイコンに日の丸をつけても違和感がない。むしろ国旗をアイコンにつけて品位を疑われるようなツイートをした人間は国旗冒涜罪で最初は警告して氏名公表、続くようなら罰金、それでも改まらなければ矯正収容所に送り込んだ方がよろしいんじゃないでしょうか。(TwitterだけでなくFacebookなどでも)

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