カリカパパイヤのパパインの構造と活性に対する金属イオンの効果

強力なタンパク質分解酵素であるパパインは、システインエンドペプチダーゼファミリーに属するエンドプロテアーゼです。特に肉の柔らかい化において、食品加工に広く使用されています。この研究では、この酵素の構造活性関係と、酵素の活性と安定性におけるカルシウムイオンとマグネシウムイオンの役割を示すことを試みました。これらのカチオンによる酵素の活性化と安定化の結果は、濃度依存効果を示しました。パパインの酵素活性は、それぞれ1 x 10（-3）濃度でカルシウムおよびマグネシウムイオンの存在下で最大18％と24％に増加します。熱変性研究により、カルシウムイオンとマグネシウムイオンの結合は、これらの金属イオンのさまざまな濃度でのパパインの熱安定性に変化をもたらすことが示されました。遠紫外線循環二色性研究では、これらの金属イオンの結合時にパパインのアルファヘリックスとベータシート構造に有意な変化は示されませんでした。これらの金属イオンの存在下でのパパインの構造活動関係の根底にあるメカニズムは、イオン半径、リガンド結合の好み、配位数、および酵素の微小環境に存在するタンパク質分子とカチオンの間の静電的な力を参照してここで説明しています。

Papain, a powerful proteolytic enzyme, is an endoprotease belonging to cysteine endopeptidase family. It is used extensively in food processing especially in tenderization of meat. In this study, we have made an attempt to show the structure activity relationship of this enzyme and the role of calcium and magnesium ions in the activity and stability of the enzyme. Results of activation and stabilization of the enzyme by these cations showed concentration dependent effect. The enzymatic activity of papain increases to a maximum of 18% and 24% in presence of calcium and magnesium ions at 1 x 10(-3) M concentration, respectively. Thermal denaturation studies showed that the binding of calcium and magnesium ions bring about change in the thermal stability of papain at various concentrations of these metal ions. Far ultraviolet circular dichroic studies showed no significant change in the alpha-helix and beta-sheet structure of the papain upon binding of these metal ions. The mechanism underlying the structure activity relationship of papain in presence of these metal ions have been discussed here with reference to the ionic radii, ligand binding preference, coordination numbers and the electrostatic forces between the protein molecule and cations present in the microenvironment of the enzyme.