2 化学と生物 Vol. 53, No. 1, 2015
みどりの香りの生合成機構
膜脂質上での酸化開裂反応
「みどりの香り」は（ ）-3-ヘキセナールをはじめとす る炭素数6（C6） の揮発性化合物群の総称で，緑葉香の 主成分である．ほぼすべての被子植物がみどりの香りを 生成するので地球上の野山はみどりの香りで満ちている と言える．みどりの香りは加害されたときにその傷口で 急激に生成放散され，加害者の忌避や傷口の防御といっ た直接防衛や加害者の天敵を誘引する間接防衛に関与し ている(1)．最近では植物がみどりの香りにさらされると 防衛を強化する現象も知られ，情報伝達揮発性化学物質 として機能していると考えられる(2)．一方，みどりの香 りは食品フレーバーとしても重要で，ヒトはみどりの香 り関連化合物の二重結合の位置やその幾何の違いなども 容易にかぎ分けることができ，豆乳に含まれるみどりの 香りをオフフレーバー（豆臭）とする一方，トマトソー スやオリーブオイルなどではみどりの香り各成分の適切 な組成比と量が製品の質を左右する．
みどりの香り生合成の鍵酵素は脂肪酸ヒドロペルオキ シドリアーゼ（HPL）である（図
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）．リポキシゲナー ゼ（LOX）でできた脂肪酸ヒドロペルオキシドを開裂 してC6アルデヒドとC12オキソ酸を生成するシトクロ ムP450酵素である．HPLの起源は思いのほか古く，植 物と動物の共通祖先でHPL遺伝子の原型が獲得された とされる(3)．ただし，動物界ではナメクジウオやイソギ ンチャクなどでその痕跡が見られる程度で多くの種では 失われた．植物界でもコケ類，シダ類，裸子植物で HPLのホモログは見つかるが，みどりの香り生成酵素 として機能しているのかはまだわかっていない．私たちも新しいモデル植物ゼニゴケでHPLを探したが，2つ見 いだしたホモログ遺伝子はHPLではなく，脂肪酸ヒド ロペルオキシドからアレンオキシドを作る酵素をコード していた（肥塚ら，未発表）．みどりの香り生成能力が 生物進化の過程でいったん獲得されたのに失われ，植物 界で復活したのがどういった理由によるのか，植物の陸 上化や節足動物の出現と絡めると想像が膨らむ話題だ が，解答は得られていない．
みどりの香り生成の最大の特徴は植物の葉をつぶすと 急激に生成放散されることだろう．この生成放散は葉組 織破砕数秒後には始まり，2 〜3分間持続する．こうし た傷口での一過的な生成放散（バースト）は草食昆虫の 忌避や傷口の消毒といった直接防衛に好都合だが，どの ように制御されているのかわかっていない．みどりの香 り生成に関与するLOXやHPLは古くから知られている 酵素で，遊離脂肪酸とそのヒドロペルオキシドがそれぞ れの基質であると考えられてきた(4, 5)．一方，無傷植物 体内の遊離脂肪酸濃度は低く抑えられている．そこで，
組織破砕によるみどりの香り生成は膜脂質からのリパー ゼによる遊離脂肪酸生成が引き金になる，と予想されて きた．確かに植物細胞では多くの加水分解酵素が液胞に 局在しており，組織破砕で液胞がはじけ，分解酵素が放 出されて膜脂質を加水分解する，とすれば辻褄が合う．
ところが，シロイヌナズナでHPL活性を失った変異 株の葉を破砕すると，みどりの香り生合成が途中で止ま ることで蓄積するはずの脂肪酸ヒドロペルオキシドがあ まり検出できなかった．また，野生株でもC12オキソ酸
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が遊離の状態でほとんど生成されなかった．こうしたこ とから私たちはみどりの香りは少なくとも一部はリパー ゼによる加水分解を経ずに生成すると考えるようになっ た．リパーゼを介さない場合，膜脂質がそのままLOX で酸素添加され，膜脂質ヒドロペルオキシドとなり，そ れがそのままHPLで開裂されるはずなので，C12オキ ソ酸をアシル基としてもつ脂質が生成されるはずであ る．そこで，破砕葉抽出物をLC-MS/MS分析したとこ ろ，C12オキソ酸含有ガラクト糖脂質が葉組織破砕特異 的に生成されることを見いだした(6)．つまり，LOX‒
HPL反応は脂質加水分解を経ずに，グリセロ糖脂質ア シル基上でも進行することが示された．これはシロイヌ ナズナだけでなく，トマトやインゲン，キャベツなどで も見られ，植物界に普遍的であることが示唆された．植 物種によって異なるが，葉組織破砕で生成するみどりの 香りの少なくとも1 〜5割程度が脂質加水分解を経ずに 生成されていると見積もられた．
酸化修飾を受けたアシル基をもつ糖脂質は今回見いだ されたHPL生成物以外にも知られている．シロイヌナ ズナではジャスモン酸生合成前駆体の12-オキソフィト ジエン酸をアシル基にもつ糖脂質，アラビドプシドが検 出されている．また，アマではビニルエーテル構造をも つ脂肪酸をアシル基とする，リノリピンが同定されてい る．ただ，いずれの場合もこれら植物種に限定的であ る．
これら酸化修飾された脂質が次々と見いだされてきた のはLC-MSが汎用機器となり，不揮発性化合物の分析 同定が容易になったのが大きい．ただ，これまで見逃さ れてきたのも不可解である．LOX, HPLともに遊離脂肪 酸とそのヒドロペルオキシドがそれぞれの基質である，
と考えられてきたのは単にこれら基質の疎水性がそれほ ど高くないので緩衝液中に分散させて酵素反応を見やす かったことが一因と思われる．LOXはリン脂質やガラ クト糖脂質と反応するがデオキシコール酸など適切な界 面活性剤を使って適切なサイズと表面電荷をもつエマル ジョンにする必要があり，反応系の確立にひと苦労かけ なくてはならない(7)．葉の破砕液には断片化された生体 膜が膜タンパク質などの効果もあって適度に分散された 懸濁状態にある．これまでは実験のしやすさがバイアス となりみどりの香り生成がリパーゼを介さずとも進行し うることを見逃してきたのではないだろうか．緩衝液中 で / 状態を再現するのが困難な脂質や脂肪 酸などを基質とする酵素反応はこうした「実験しやす さ」バイアスに捉われずに酵素反応条件から再検討する 必要がある．この場合，基質は溶液中にモノマーとして 存在していないので単純に基質モル濃度を見積もること が不可能で，ミカエリス‒メンテン式もそのままでは適 用できないことも注意しなくてはならない．
こうした膜脂質アシル基の酸化修飾がどのような生理 的意義をもつのかは今後の検討課題である．哺乳動物細
(CH2)n COO RCOO O Gal
(CH2)n COO RCOO O Gal HOO
(CH2)n COOH
(CH2)n COOH HOO
(CH2)n
OHC COOH
(CH2)n
COO RCOO O Gal CHO OHC
O
2O
2図１■みどりの香り生合成経路
ガラクト糖脂質を出発物質とした場合，一 部は加水分解され遊離脂肪酸となり酸化，
開裂を受ける（左の経路）が一部はそのま ま酸化開裂される（右の経路）．みどりの 香りとしては同じ（ ）-3-ヘキセナールが生 成されるが左の経路では遊離C12オキソ酸 が生成されるが，右の経路ではC12オキソ 酸をアシル基にもつ糖脂質が生成される．
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胞でも膜脂質ヒドロペルオキシドが開裂反応を受けたと 思われる，炭素鎖の短いオキソ酸をアシル基にもつ脂質 が知られていて炎症との関連性やアポトーシス誘導への 関与が報告されている．今回見いだされたようなC12オ キソ酸含有ガラクト糖脂質中のアルデヒド基，およびこ れがさらに酸化されて生成する二重結合と共役したアル デヒド基（
α
,β
-不飽和カルボニル）は生体内求核基と容 易に反応するためさまざまな生理活性を示す(8)．私たち はこうした活性なカルボニル基が膜脂質内に蓄積するこ とは何らかの意義をもつと考え，その解明を進めてい る．1) G. Arimura, K. Matsui & J. Takabayashi:
, 50, 911 (2009).
2) K. Sugimoto & K. Matsui : , 111, 7144 (2014).
3) D.-S. Lee, P. Nioche, M. Hamberg & C. S. Raman: , 455, 363 (2008).
4) K. Matsui: , 9, 274 (2006).
5) C. Wasternack & B. Hause: , 111, 1021 (2013).
6) A. Nakashima : , 288, 26078 (2013).
7) Y. Saka, T. Mori & Y. Matsumura:
, 19, 187 (2000).
8) A. Higdon : , 442, 453 (2012).
（松井健二
*
1，肥塚崇男*
2，*
1 山口大学大学院医学系研 究科（農学系），*
2 山口大学農学部）プロフィル
松井 健二（Kenji MATSUI）
＜略歴＞1984年京都大学農学部農芸化学 科卒業／1986年同大学大学院農学研究科 修士課程修了／1987年山口大学農学部農 芸化学科助手／1994年同助教授／2005年 同教授／2006年より現職（改組に伴う配 置換），現在に至る＜研究テーマと抱負＞
植物が香りを出す意義の解明＜趣味＞走る こと，話すこと
肥塚 崇男（Takao KOEDUKA）
＜略歴＞2000年山口大学農学部生物資源 科学科卒業／2005年鳥取大学大学院連合 農学研究科博士後期課程修了／同年ミシガ ン大学分子細胞発生生物学科博士研究員／
2009年京都大学生存圏研究所博士研究 員／2011年同大学化学研究所助教／2013 年山口大学農学部助教，現在に至る＜研究 テーマと抱負＞植物が香りを作り出すしく みの解明と代謝酵素を利用した物質生産へ の応用＜趣味＞家庭菜園，ベーグル屋さん 巡り
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