酵素
1897年 ドイツのエドゥアルト・ブフナーが、酵母抽出液からアルコール発酵が起きることを証明した。
20世紀 1902年 イギリスのフェルディナント・ブラウンとフランスのアンリ・ルシャトリエは、スクラーゼの活性は酵素濃度に規定されることを観察し、反応の最中に基質と酵素は酵素基質複合体を作るという考えに至った(反応速度論の始まり)。 1907年 エドゥアルト・ブフナーが前述の功績を受けてノーベル化学賞を受賞。 1913年 ミカエリス、メンテンらがブラウンとルシャトリエの結果を受けて「ミカエリス・メンテン式」を発表。 1925年 G・E・ブリッグスとJ・B・S・ホールデンがミカエリス・メンテン式を発展させた「ブリッグス・ホールデンの速度論」を発表。 1926年 アメリカのジェームズ・サムナーがナタ豆から「ウレアーゼ」と呼ばれる酵素を結晶化して、酵素の本体がタンパク質であることを突き止めた(ただしこの実験は当時評価されなかった)。 1930年 アメリカのジョン・ノースロップがペプシン、トリプシン、キモトリプシンをタンパク質の結晶として抽出した。 1931年 ドイツのオットー・ワールブルクが、呼吸酵素の特性および作用機構の発見によってノーベル生理学・医学賞を受賞。 1945年 アメリカのジョージ・ウェルズ・ビードルとエドワード・ローリー・タータムは1つの遺伝子が1つの酵素に対応することを発表した(一遺伝子一酵素説)。 1946年 サムナーとノースロップは酵素の本体がタンパク質であることを証明し、ノーベル化学賞を受賞した。
19世紀 1833年 フランスのアンセルム・パヤンとジャン・フランソワ・ペルソは、麦芽の抽出液からデンプンを分解して単糖(グルコース)にする物質を分離した。彼らはこの物質を「ジアスターゼ」(現在、フランス語で「酵素」を意味する)と名づけた。 1836年 ドイツのテオドール・シュワンは胃液が動物の肉を溶かす作用があることを発見し、胃液から原因物質を分離した。この物質は「ペプシン」と名づけられた。これは植物だけでなく動物にも同様の活性が存在することを証明したものである。 1857年 フランスのルイ・パスツールがアルコール発酵過程が微生物(当時は酵母の研究)活動に基づくものであると発表した。ただし、これは酵素という無生物が起こすものとはパスツールは証明しなかった。しかし、ドイツのユストゥス・フォン・リービッヒは微生物ではなく、細胞外の無生物因子(当時は「発酵素(fermente)」という用語を用いた)が発酵に関与しているとして、この説を否定した。 1873年 スウェーデンのイェンス・ベルセリウスが「化学反応は触媒作用によって進行する」という概念を提唱した(この概念は酵素の概念が認められたためである)。 1878年 ドイツのウィルヘルム・キューネが酵母(ギリシャ語で "zyme")の内部(ギリシャ語で"en")で発酵が起きることを受けて「酵素(en-zyme)」という概念を提唱。 1894年 ドイツのエミール・フィッシャーが酵素の基質特異性を説明するために、酵素と基質の「鍵と鍵穴説」を発表した。 1894年 日本の高峰譲吉がタカジアスターゼを発見した。
酵素が役割を果たすとき、またはその活性を失う原因には、酵素を構成するタンパク質の立体構造(コンホメーション)が深く関与している。失活の原因となる要因としては、熱、pH、塩濃度、溶媒、ほかの酵素による作用などが知られている。
タンパク質は熱、pH、塩濃度、溶媒など置かれた条件の違いによって容易に立体構造を替えるが、条件が大きく変わると立体構造が不可逆的に大きく変わり、酵素の場合は失活することもある。したがって、酵素反応は至適温度・至適pHや水溶媒など条件が限定される。場合によっては、汚染した微生物が発生するペプチダーゼなどの消化酵素によってタンパク質の構造が失われて失活することもある。
ただし、生物の多様性は非常に広いため、好熱菌、好酸性菌、好アルカリ菌などの持つ酵素(イクストリーモザイム)のように極端な温度やpHに耐えうるとされるものや、有機溶媒中でも活性が保たれるものもあり、こうした酵素の工業利用が現実的になり始めている。
最初に発見された酵素であるジアスターゼはアミラーゼの一種であり、消化剤として用いられる。
以下に挙げるような分野で酵素が使われている。
糖類の製造 α-アミラーゼ - 水あめの製造 β-アミラーゼ - 麦芽糖の製造 グルコースイソメラーゼ - 異性化糖(果糖)の製造 グルコアミラーゼ - ブドウ糖の製造 トレハロース生成酵素とトレハロース遊離酵素 - トレハロースの製造
食肉・乳製品加工 パパイン - 食肉の軟化 レンネット - チーズの製造
食品の改質 グルタミナーゼ - L-グルタミン酸への変換による味質向上 ペクチナーゼ - 果汁・果実酒の清澄化 ヘミセルラーゼ - パンの改質(澱粉とグルテンの相互作用によるパンの老化を低減する) 卵白リゾチーム - 保存性の向上
これらの酵素は生物由来の天然物とされるため、食品関連法規で求められる原材料表示では省略されていることが多い。また、発酵食品を除く加工食品では、酵素は加工助剤として利用するため、製造工程中に失活または除去されて、完成した食品中には存在しない。したがって、これらの酵素は食品添加物とは異なる扱いになっている。