Hayashi, T.

Ozawa, J.

Okayama University Scientific Achievement Repository

酵素による植物柔粗織 macerationの機構に闘する考察小沢潤こ郎・林 哲吾‘ペクチンは高分子化合物であるから他の高分子物と同じ法則仁従って溶解するものと思われる.一般に物質の博解は弐の Boltzmannの式で表わされるJり-F. N=e"Wr・ H ・H ・..・H ・.(1) E=Wl+WZ+W3 N:物質の溶解度〈モル分率)， E:転移エネルギー ， Wl:溶質分子が撰集欣態から脆出するために必要なエネルギー ， W2:溶媒分子聞の凝集力， W3:溶媒分子と溶質分子との聞の接集カ.Eは重合同族列の場合， 重合度に比例すると考えられるので高分子化合物の溶解に対しては(1)は共のように書きかえられる.-P. N=ea'r...・H ・..……… (2)ただしp:重合度， e:基本原子団当りの転移エネルギー.ペクチンは鎖蹴高分子化合物であり，鎖員である D-ガラクチユロン酸やそのメチルエステルのeは遊離の Dー ガラクチユロン酸のeと近似して小さし1と考えられるが， Pが大きし1のでPeは大きくなり比般的難溶性となる.鎖員のD ガーラクチユロン酸のeは小さいので，ペクチン分子内の一部のものは溶解した般態になっている.ペクチンが溶解する前に膨潤するのは鎖員の一部がこのよう仁溶解した献態になるためであろう. 繊維素なEのよう仁分子聞の撰集カのみで不i容の献態にあるものは溶媒を選んだり，織維素を誘導体に変化させたりして，膨潤から溶解ヘ移行さすことができる.すなわち織維素の分子聞の凝集力は非常に大きし1けれども分解を伴わずに溶解さすことができる. しかし細胞膜の不溶性のペクチンの場合は事情が違ってくる.抽出条件などから考えて細胞膜のペクチンが単なる物理的な原因で不溶性になっているとは思えない. 繊維素などと何等かの形で化学結合をしているか， ペクチシ相互間で結合しE大分子を形成し不溶性化してやるものと，思われる. したがって不溶性ペクチンが膨潤扶態から更仁溶媒中に移行して溶解するためには弐のような化学的な分解が起らねばならない.(a)ペクチン相互間またはペクチシと織椎素との聞の化学結合の分解.(b)ペクチシ分子内の glycoside結合の加水分解.とれらの結合が分解されたのちは (2)の式仁従って溶解するが，ペクチンは比較的水に溶けやすい高分子化合物であるから (2)は単仁溶解の速度など仁関係図グルコ戸ス無水物ロガラクチユロン酸無水物するに過ぎないと思われる. 菰莱や水浸した麻¢瓢皮の中のペクチンはある程度膨・潤した献態で細胞‘京都大学化学研究所研究員。ω〉 - 48ー間際lご存在し，細胞と細胞とを接着させていると考えられる. macerationは次の場合に起るものとJ思われる.(i)膨潤扶態の不溶性ペクチンが前記の(a)または (b)のよう仁分解して細胞間際の水の中仁溶解するとき.(ii)このよう仁細胞問掠仁溶解したペクチシが更に (b)仁よって強〈分解[居着性を失ったとき.(jii)不溶性ペクチンが細胞間際仁溶解し. 更に溶解したペクチツが柔組織の外の水中仁溶出するとき.麻類の醗酵精練のよう仁水中で起る macertiont (iii)の場合であり， 議菜の軟弼またこれを蝿いたときの macerati叩は (i)あるいは (ii)の場合7!ある.細胞間隙物質はペクチツのみではないから他の物質の輔影もあるが， macerationが起る場合lこは (a)，(b)がおもな化学変4ヒである左考えられる.不博性ペクチγと織椎素なEの結合がイオγ結合以外の結合であってこれを分解する特別な酵素があるとすれほこの酵素は macerationの作用のみを持ち，ポリガラクチユ口ナー をの作用はなNまずである. しかLもしとの土うな酵素があるとしても macerationは別の酵素すなわちポリガラクチユロテー ゼの作用ζよっても起りうる.ポリガラチユロナー をは不溶性ペクチγのglyc伺 ide結合を加水分解するとと仁よって植物柔組織を macera飽きすことができるに違いなし.'.またポリガラクチユ口ナゼーの酵素材料仁は常に macerationの作用があり.反対に macerationの作用のある試料には常にポリガラクチユロナー ゼが認められる.数種の植物体についての前報収〉の実験結果から不溶性ぺクチツのうち少なくをも maceration仁関係のある部分li糟維素などとイオシ結合をしてやるよう仁見え polyva1伺tionの結合を分解するような酵素は考えられないことなどから， ペクチγと識維素な~~の結合を分解する酵素を特別仁仮定しなくてもよいのではないかと著者らは考えている.Davisonらはポリガラチユロナー ゼと m配 erationの作用が酵素材料，耐熱性，最適pHなEを異仁しているごどから，:二つの作用がjlUA'の酵素によって行われるものと考えた. しかし Davisonらの実験は Jansenらの研究以前のもので基質としてペクチツを用いているので信頼するわけにはゆかない.ベクチツ工ステラー ゼを含まないポリガラクチユロテー ゼの酵素液はペクチン仁はほとんど作用しない. 柔組織の細胞間隙物質はペクチγよりもペクチシ酸を多〈含んでいるのでペクチツ工ステラー ゼを含まないポリガラクチユロナー ゼでもよく分解され macerationは起りうる.macerationが認められるためには不溶性ペクチシがある限度以上仁溶解せねばならない. それゆえポリガラクチユロナー ゼの作用力の凱噂素試料仁はmacerョtionの作用が検出されないことがある.ま廿馨素液が不純でCaイオツなどを多く含んでいる場合には組織が硬化して反応が進まなくなる.とにかく macerationとポリガラクチユロナー 琶の作用の何れか一方が認められて他刺まとんE検出されないから左曾って二つの作用が別々 の酵素によって行われると断定するわけにはゆかない. 片桐および中浜立多くの酵素の総合作用すなわち protopectinaseの作用仁よって macerationが起ると考えた.proto伊c-tin蹴酵素群のうちではポリガラグチユ口ナー ゼが最も重要であり， protopectina艇の特異性はその中のポリガラクチユロナー ゼの種類によって左右されている可能性が大きし、. しかしポリ刀ラタチユロナー ゼの種類だけで m配ぽati閣の特異性が決定されてやるとは考えられず， 戎のよう仁酵素と細胞膜との聞の物理的な関係も影響するところが大きいであろう.酵素が不溶性ペクチシ仁作用するの・には細胞問機を拡散したのち膨潤扶態のペクチシ仁接触しなければなちない. 酵素は高分子化合物- 49- (161) であるから間際を拡散するにも障害をきたし， 同じポリガラクチユロナー ぜでも酵素材料仁よって拡散の速度に差があるかもしれない. 前報で述べたように高等植物のポリガラクチユロナー ゼは植物柔組織に吸着されないが，かびのポリガラクチユ口ナー ゼは吸着される. 酵素の吸着される強さの差によって溶液扶態でのポリガラクチユロナー ぜの活力が同じでも macerationの作用に差を生ずることが考えられる.膨潤般態は分子内の一部分が溶液の航態になったものであるが，細胞膜の不溶性ペクチンのこのような局部的な溶液の温度は知ることが困難である.酵素の種類によって Michaelisの恒数が異なれば一定漉度の溶液般態のペクチシ酸仁対する作用カが同じでも macerationの作用に差ができるに違いなし;'1.細胞膜に対する酵素の物理性はほかにも色々 あると，臣、う.要するに細胞膜の不溶性ペクチシの般態はわからないし，ポリ刀ラクチユロナー ゼや protopectinase酵素群についての知識も十分とは言えないので，酵素による macerationの機構を明らかにすることは現在のところ不可能仁近いと言ってよいであろう.前報(3)でPen.expansumとRh.triticiの酵素液の糖化カを等しくした場合あとの方がずっとmacerationの作用が強いことを述べた.この場合 Pen.exp釦 sumのポリガラクチユロナヶゼは糖化型に近く Rh.むiticiの酵素は液化型であったので macerationの作用は糖化力よりも液化カに平行するのではないかと思った.Rh. triticiとPen.expansum菌糸抽出液また後者のアルコー ル分別物のポリガラクチユロナー ゼと macerationの作用を比較した結果は戎表の遁りであった.第 1表 Rh. triticiとPen.expansumの蕗系抽出液また後者のアルコー ル分別物のポリガラクチユロナー ゼと macerationの作用5hr'S. 15 hrs. 馬鈴薯切Nl卸 I宮崎...• N畑 I虫比W 2話相智.. の下律 '務費去 の下修Rh. triticiの菌糸抽出液 0.35 0.589 4十+Pen. expansumの官官糸抽出液 0.52 0.480 +(tt) I向上 0-50%酒精沈澱物 0.47 0.173 1.07 0.199 主E同上50-75%濁精澱沈物 0.32 0.515 0.92 0.611 tt 場ペクチン酸くF2)の0.67% pH 4.2の水溶液の比粘度は 0.623であった.Pen. exp佃 sum菌糸抽出・液の50%酒精沈澱物Iは75%酒精沈澱物Eよりも還元糖をすみやかに生成するが粘度の下降li緩徐であった.また前者の方がmacerationの作用が崩ト分別は完全立ものではないので1とEは弐のよちに純綿な液化型と糖化型のポリガラクチユ口ナー ゼの混合物であろう.1.液化型のポリガラクチユロナー ゼ(少量)+糖化型ポリガラクチユ口ナー ぜ〈多量〉n，液化型のポリガラク壬ユ口ナー ぜ〈多量)+構化型のポリガラクチユ口ナ目ゼ〈少量〉したがってEがIよりも macerationの作用が強いのは液化型のポリガラクチユロナー ゼが糖化型のポリガ受クチユロー ゼよりも macerationの作用が強力であるためであろう細胞膜の不溶性kクチγの分裂度が同じ場合， 液化型の酵素の方が槍化型の酵素よりもガラクチユロシ酸単位を多量仁祷毒事するので macerationに対してはより効果的であるのは当然なことかもしれない. 1とEに含まれている液化型の酵素材料が同じであるから恐らく同一物であり細胞膜仁対する物理的な性質は同じであろう. 糖化型の酵素に対しても同じことが言える. しかし液化型と糖化型の酵素は別々の酵(162) - 50 ・ー素であって細胞膜仁対して異った物理性を示し macerationの作用仁多少の影響を及ぼしているのであろう.本実験の酵素試料は前報{めのものと同じでありアラパナー ゼなEはポリガラクチユロナー ゼζ比べて活力が弱く， ペクチン工ステラー ゼも酵素液中仁検出されなかった. 朝井ら(叫も Asp.nigerの場養液の macerationの作用がペクチン酸の液化作用と大体平行すると述べている. しかし閉じ液化型のポリガラクチユロナー ゼでも酵素材料が異なると mac町ationの作用力仁差ができるようである.たとえば前報で述べたようにトマトの酵素液は液化作用仁比べて macerationの作用が非常に弱かった.(トマトの酵素液仁はペクチッエステラー ゼは含んでい，なかった.)液化型のポリガラクチユロナー ゼのみを含んでいると考えられるB.mesentericus， Erwinia aroideaeの酵素液には macerationの作用があった.糖化型のポリガラクチユロナー ゼのみを含んでいると，思われる人参や Pen.expan剖 m の酵素液にも macerationの作用が認められた.ポリガラクチユ口ナー ゼはメチルエステルイヒしたペクチツには作用しがたい. したがって馬鈴薯や大根のような細胞間際にメチルエステル化したペクチツを比較的多量に含んでいる植物柔組織を酵素でmacerateさすとき，ペクチシエステラー ぜを加えてやれば促進効果が現われるはずである.著者らはクロー パー のペクチシエステラー ゼ仁よって細胞膜の不溶性ペクチγを鹸化し芯植物体としないもの仁対する Rh.triticiの酵素液の macerationの作用を比較した.実験結果は第2表のどおりであり，鹸化した植物体の方がかえって macerateしlこくし;¥.クロー パー の酵素液は前報∞と同じ方法でつくり，これにa馬鈴薯と大棋の切片をpH5.0， 350C で48時間漫潰した.酵素液を10分間 1∞。C仁加熱したもの仁も同じ条件で切片を漫潰した.クロー パー の酵素液に浸潰した切片は細胞間際のペクチシが鹸化してペクチツ酸となり， pH 2.0の塩酸酸性液に 350Cで3時間浸潰しても macerateしなかった.(加熱した酵素液仁漫潰したものはmacerateした.)切片を水で洗い，ペクチシエステラー ゼを含まないRh.triticiの酵素液を作用第2表ペクチンヱステラ【琶を作用させた植物体 させた.仁対する Rh.triticiの酵素液の作用Acetate・Arnmonium僻buffer oxa1ate溶液ベクチンを鹸I馬鈴薯イヒした植物体l大根f馬鈴薯元の植物体{t大根??? + + -Ilt -Ilt 土後Aω，tatebuf釘 (H/10)または Ammoniumoxalate務波 (1'のを Rh.triticiの酵素液の1/10容量加えた.寸国体から硬化した切片 (0.但%の CaCh溶液中仁 350Cで2日間浸潰してつくった.)としないものをつくり， これら仁対する Rh.仕iticiの酵素液の作用を調べた著者らの結果は第3衰のとおりまたRh.triticiの酵素液に同時にクローパー の酵素液を加えると加熱したクロ{パー の酵素液を加えたものに比べて馬鈴薯切片に対する macerationの作用が弱くなる.これらの結果は予想に反するが恐らく不溶性ペクチンが鹸化してペクチン酸となり，柔組織や酵素液の中に含まれている石友や苦土と不溶性の塩類を形成しそのために酵素が作用しにくくなったのであろう.岩崎らのによれば冠水甘藷は酵素の作用で macerateしない. 馬鈴薯の同第3表冠水馬鈴薯に対する Rh.triticiの酵素液の作用Acetate * Ammonium* buffer oxa1ate溶液であった 硬化した馬鈴薯 + * 冠水馬鈴薯は酵素作用を全然受けないというこ 硬イヒしない馬鈴事 件 怖とはないが硬化しないもの仁比べると macera但し ・第2表と同量添加した.(1ω〉仁くく，細胞膜のペクチンに対する酵素作用仁おいては物理的な影響が大きいことを示している.移りに御指2離を頂いた京大片桐英郎教授仁深謝する.文 献くり岡田元:基礎繊維素化学， P. 246く1944) 〈わ小沢:ペクチン蛾酵に就て〈第11報〉農学研究， 39， 33く1951) (3)イ明，武田，林:向上〈第8報〉農学研究38，123く1949)くの朝井勇宣，斎藤日向:1l1SJによる繊維の精錬仁就てく第9報〉養化， 26， 381 (1952) くわ小沢，岡本:ペクチン酸醇仁蔵て〈第12報〉農学研究， 4G， 103 (1952) (6)岩崎康男，田中康彦，佐h木幸夫，石垣一夫:甘藷の生化判句研究〈官官4報〉日本曇研報告， 3， 37 (19li~) く164)?

The mechanism of enzymatic maceration of parenchyma.

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