タンパク質分解酵素のはたらき
３年Ａ組

勝野友紀菜

３年Ｂ組

今江菜摘

３年Ｂ組

矢野仁美

指導教諭

野上朋子

１．要約
わたしたちは「生のパイナップルを使うとゼリーが固まらない」という現象に注目し、パイナップルに含まれているタンパク質を分解する酵素とその性質について研究することにした。サンプル瓶を用いることで少量の実験材料で簡単に行える実験方法を確立し、その実験方法で、パイナップルに含まれているタンパク質分解酵素の存在、酵素のもつ基質特異性や熱変性を確認することができた。また、扱いやすいカラーネガフィルムや洗濯用合成洗剤を用いることで、より簡便な実験方法の開発を試みることができた。研究成果の一部は「かがくのひろば」(2008 年 11 月実施)や公開研究会のポスター発表(2009 年２月実施)などで発表したが、本研究は 2009 年度をもって終えるので、最後にこれまでの研究内容をまとめておくこととする。
キーワード

タンパク質、タンパク質分解酵素、基質特異性、熱変性、発酵食品、洗濯用合成洗剤、カラーネガフィルム

２．実験１『食品に含まれるタンパク質のとき、瓶のふたと底を親指と人差し指で分解酵素』

挟むように持ち、軽く振ることに注意した。

(1) 実験１－１「タンパク質を分解する酵

これは手から伝わる体温によってゼリーが素」溶けるのを防ぐためである。５分間後、サ《目的》

ンプル瓶内の様子を確認した。

パイナップルにはタンパク質を分解する《結果》

酵素が含まれることを確認する。また、そゼリーは徐々にとけていき、最終的にはの酵素は、タンパク質にのみ作用すること液状になった。それに対し、葛では変化がを確認する。

見られず固体のままであった。

《準備物》
ゼリー(タンパク質)、葛(デンプン)、生のパイナップル片(1cm 角、２個)、サンプル瓶(２個)、爪楊枝(２本)、薬さじ(２本)《方法》
ゼリー、葛の入った２個のサンプル瓶に、爪楊枝に刺した生のパイナップルの小片をそれぞれ加え、30 秒間振り放置した。こ図１

ゼリーが液状になった様子

《考察》パイナップルには、ゼリー(タンパク質)を分解する物質が含まれていることがわか製造行程で熱処理がされ、パイナップル中のタンパク質分解酵素が失活するため、反応しなくなったといえる。

った。調べた結果、この物質はタンパク質分解酵素(プロテアーゼ)であることがわか(3) 実験１－３「タンパク質分解酵素をもった。また、デンプンである葛が分解されつ食品」

なかったことから、タンパク質分解酵素は《目的》

タンパク質にのみ作用する(基質特異性がある)ことがわかった。

パイナップル以外の食品の中から、タンパク質分解酵素を含むものを見つける。
《準備物》(2) 実験１－２「酵素の熱による影響」

ゼリー、大根片(1cm 角、１個)、キウイフ《目的》

ルーツ片(1cm 角、１個)、リンゴ片(1cm 角、実験１－１で確認したタンパク質分解酵１個)、レモン片(1cm 角、１個)、サンプル

素のはたらきと熱の関係を調べる。

瓶(４個)、爪楊枝(４個)、薬さじ(１本)

《準備物》

《方法》

ゼリー、生のパイナップル片(1cm 角、１個)、ゼリーの入った４個のサンプル瓶に大根加熱したパイナップル片(1cm 角、１個)、片、キウイフルーツ片、リンゴ片、レモン缶詰のパイナップル片(1cm 角、１個)、サ片をそれぞれ入れ、30 秒間振り放置した。

ンプル瓶(３個)、爪楊枝(３個)、薬さじ(１５分後、サンプル瓶内の様子を確認した。

本)

《結果》

《方法》
ゼリーの入った３個のサンプル瓶に生のキウイフルーツはゼリーを分解したのに対し、大根、リンゴ、レモンはゼリーを分

パイナップル片と缶詰のパイナップル片、解することはなかった。

レンジで加熱したパイナップル片をそれぞ《考察》

れ入れ、30 秒間振り放置した。５分後、キウイフルーツにはタンパク質分解酵素

サンプル瓶内の様子を確認した。

が含まれていると推測した。調べた結果、《結果》

キウイフルーツには「アクチニジン」とい生のパイナップルはゼリーを分解したのうタンパク質分解酵素が含まれていることに対し、加熱したパイナップルや缶詰のパがわかった。また、今回の実験では使用しイナップルはゼリーを分解しなかった。

なかったが、表１に示すような食品もタン《考察》

パク質分解酵素をもつことがわかった。

酵素反応が見られた生のパイナップルを加熱したあとで変化が見られなくなったこ

表１とから、パイナップルに含まれるタンパク食品
パパイヤ
イチジク

質分解酵素は熱に弱い(熱変性する)ことがわかった。また、缶詰のパイナップルでは反応が見られなかったことから、缶詰のパイナップルはタンパク質分解酵素のはたらきがないことがわかった。これは、缶詰の様々な食品に含まれるタンパク質分解酵素

マンゴー
生姜
バナナ

タンパク質分解酵素
パパイン、キモパパイン
システインプロテアーゼ、フィシン
プロテアーゼシステインプロテアーゼ、ショウガプロテアーゼ

大根は「消化によい」食品としてよく知

高活性バイオ EX［花王(株)］、洗剤 B：Daily

られている。その理由を探るため、ゼリー

Needs バイオホワイト［三協(株)］)、サンを葛に代えて追実験を行ったところ、葛はプル瓶(２個)、ピンセット、薬さじ(２個)分解されて液状になった。この結果から、《方法》

大根にはデンプンの分解にはたらきかけるゼリーの入った２個のサンプル瓶に洗剤酵素「ジアスターゼ」が含まれていることＡ、洗剤Ｂをそれぞれ入れ、30 秒間振り放を確認できた。

置した。５分後、サンプル瓶の中の様子を確認した。

(4) 実験１－４「発酵食品に含まれる酵素」《目的》
発酵食品にはタンパク質分解酵素が含ま《結果》
洗剤Ａを加えたゼリーは溶けて液状になった。それに対し、洗剤Ｂを加えたゼリーれるかどうかを確認する。

は変化が見られなかった。

《準備物》

《考察》

ゼリー、味噌、納豆(３粒)、サンプル瓶(２洗剤Ａで変化が見られたことから、洗濯個)、爪楊枝(２個)、薬さじ(１本)用合成洗剤に含まれている酵素は、タンパ《方法》

ク質を分解するとわかった。洗剤Ｂの結果

ゼリーの入った２個のサンプル瓶に味噌、について、洗剤に含まれる酵素の量が少量納豆をそれぞれ入れ、30 秒間振り放置しであったため、変化を確認するに至らなかた。５分後、サンプル瓶の中の様子を確認ったと思われる。

した。
《結果》
納豆はタンパク質を分解したのに対し、味噌はタンパク質を分解することはなかっ

３．実験２『洗剤に含まれるタンパク質分解酵素』
実験１『食品に含まれるタンパク質分解た。

酵素』における実験１－４の結果、洗濯用《考察》

合成洗剤に含まれている酵素はタンパク質

この実験結果から、納豆にはタンパク質を分解することがわかった。また、洗剤にを分解するはたらきがあり、味噌にはタンよってタンパク質を分解する能力が異なるパク質を分解するはたらきがないことがわこともわかった。この分解能力の違いと合かった。調べた結果、納豆にはタンパク質成洗剤中に存在する２種の粒(青、白)に何分解酵素「ナットウキナーゼ」が含まれてか関係があるのではないかと考え、さらないることがわかった。

る実験を進めることとした。そのとき、実験で用いるタンパク質素材をゼリーからフ(5) 実験１－５「合成洗剤に含まれる酵素」

ィルムに代え、生ものより扱いやすく、実《目的》

験の簡便化も試みることにした。

「タンパク質分解酵素入り」の表記がある洗濯用合成洗剤には、タンパク質分解酵(1) 実験２－1「洗剤の粒の種類による反応素が含まれることを確認する。

性の違い」

《準備物》

《目的》

ゼリー、洗濯用合成洗剤(洗剤 A：アタック

洗濯用合成洗剤について、２種類の粒(青、白)による反応性の違いを確認する。

表３ 時間経過に伴う変化の様子

《準備物》

時間

洗濯用合成洗剤(アタック高活性バイオ EX

10 秒［花王(株)］)、サンプル瓶(３個)、カラーネガ フ ィ ル ム 片 (SUPERIA X-TRA400［FUJICOLOR］、1cm 角、３個)、ピンセ

瓶b

水が赤く染 水が赤くまった
染まった(以降、変195 秒 青色の粒が化なし)
析出瓶c
水が赤く染まった(以降、変化なし)

450 秒 赤色の粒が析出ット(２個)、蒸留水《方法》
合成洗剤を青い粒と白い粒の２種類に分けた。そして、３つのサンプル瓶 a, b, c にそれぞれ、5ml の水と 1cm 角に切ったカラーネガフィルム(以下、フィルム)の小片を入れ、表２に示すように、サンプル瓶 a, b に合成洗剤の青い粒、白い粒を加えた。比較のため、合成洗剤を加えないサンプル瓶 cも作成した。そして、３つのサンプル瓶を同時に泡が立たない程度に 10 秒間ふり、その後、室内で放置してフィルムの様子を観察した。

780 秒 黄色の粒が析出
1220 秒 無色透明のプラスチッ
ク板のみが残った《考察》
この実験から、合成洗剤の青い粒にのみタンパク質を分解する酵素が含まれていることがわかった。フィルムは図２のように、プラスチック製のフィルムベースの上に感光性の異なる３種類(赤、緑、青)の層からサンプル瓶に加えた粒の種類と数

表２

瓶a成っている。また、これら３種類の感層は色素で染められたデンプン粒子でできてい

瓶a瓶b

瓶c

青い粒

10 粒

0粒0粒ることが知られている。感層中のデンプン

白い粒

0粒

10 粒0粒が合成洗剤に含まれているタンパク質分解酵素により分解されることで、色素が水相

ただし、時間の計測は、洗剤を入れた時点から開始した。

瓶において 10 秒間で水が赤変したこと、時間経過とともに青、赤、黄の順に発色した《結果》
時間経過とともに変化したサンプル瓶内の様子を表３にまとめた。

図２へ出てきたと考えられる。しかし、全てのサンプル瓶内の様子

粒が析出したことなどについて疑問の残る結果となった。

図３

カラーネガフィルムの構造(断面)HP「camera’s room」より引用

(2) 実験２－２「温度による反応性の比較」

http://www.asagaku.com/rika_tim《目的》

e/2006/5/0531.

実験２－１で確認したタンパク質分解酵［４］ camera’s room「カラーフィルムの素のはたらきと熱の関係を調べる。

構造と現像プロセス」《準備物》

http://members.jcom.home.ne.jp/c

洗濯用合成洗剤、サンプル瓶(３個)、フィ

amera/color/kouzou.htm

ルム片(1cm 角、３個)、湯(50℃)、ピンセッ［５］ 科学技術の礎

ト(２個)

http://www.monokowashi.com/ind《方法》

ex.html

実験２－１と同様に、サンプル瓶 a, b, cを用意し、３つのサンプル瓶を同時に泡が６．謝辞立たない程度に 10 秒間ふった。その後、本研究を進めるにあたり、多くの先生に50℃の湯中に放置してフィルムの様子を観大変お世話になりました。本校教諭の米田察した。

隆恒先生には、実験概要を提供していただ《結果》きました。奈良女子大学教授の植野洋志先

50℃の条件下では室温での実験と比べて生には、酵素について興味深いお話をして半分の時間で、実験２－1 の結果と同じ現いただきました。奈良高等学校教諭の藤澤象が見られた。

育子先生には、実験に協力していただきま《考察》した。この場を借りて、御礼申し上げます。

この実験結果から、洗剤は室温より高温

また、実験方法からポスターなどまで指導の条件の方が、酵素のはたらきが活発であして下さった指導教諭の野上朋子先生、本ることがわかった。

当にありがとうございました。

４．問題点と今後の課題
実験で用いるタンパク質素材をゼリーからフィルムに代えたことにより、生ものより扱いやすく、さらなる実験の簡便化に成功した。しかし、フィルムは水や光に弱いという性質があり、洗剤を加えることで水溶液の液性が弱アルカリ性になっている。
これらが実験結果にどのような影響を与えるのか検証する必要がある。

５．参考文献［１］ 「ニューステージ新訂化学図表」，
浜島書店編集部編、浜島書店［２］ 「酵素の ABC」，中村隆雄著、学会出版センター（1998）［３］ 朝日子供新聞わくわく理科タイム