魚類、両生類、無セキツイ動物がもつ酵素は、低温で働く酵素なのでしょうか

質問

ヒトが持つ酵素は４０度くらいでよくはたらくため、体温はそれに近い温度になっています。恒温動物は、そのような酵素を持っているのだと思います。
は虫類は変温動物ですが、バスキングなどで体温を上げる必要があるため、やはり高い温度で働く酵素を持っているのだろうと思います。

しかし、それ以外の動物は特別に体温を上げる工夫をしてるように思えません。ということは、低温で働く酵素を持っているということなのでしょうか。
そういう酵素があるのであれば、なぜ、は虫類・鳥類・ほ乳類は、その酵素ではなく、高温を必要とする酵素を使っているのでしょうか？

回答No.7

suiran2 · ベストアンサー

生物種が異なっても同じ酵素が存在するわけではありません。同じ先祖遺伝子から進化し、同じ反応を進める酵素であっても同じ酵素ではないのです。酵素タンパク質を構成するアミノ酸の何個かが別なものになればその酵素の性質は別なものになります。

同じ働きをする酵素でも、例えばαアミラーゼの至適温度は、生物種により、更に多型があるものはグループで異なります。ヒト唾液αアミラーゼは37℃の至適温度ですが、前にお話ししました南極棚氷下の生物のαアミラーゼの至適温度は-3～+3℃程度で、+5℃になれば酵素は破壊され失活します。つまりその生物は死ぬのです。泡盛の醸造に利用されます黒麹黴の至適温度は60～70℃程度です。高熱耐性細菌のそれは100℃です。90℃程度で作用しなくなります。麹黴や細菌の場合には低温では活動は出来ませんが死にはしませんが…

お礼

重ねての回答ありがとうございます。
それぞれの生物は、それぞれの生活にあわせた酵素を持っているということですね。生物の不思議さを改めて認識しました。

回答No.6

suiran2

suiran2ですが、ご質問者さんは酵素の至適温度の意味を理解していないように思います。酵素が作用する温度は極めて狭い温度範囲のみです。ですからこの温度範囲を至適温度と呼ぶわけです。

ご質問者さんが言うように低温から高温まで作用できるような酵素は、その主成分が熱の影響を大きく受けるタンパク質で出来ているためにこの世に存在できません。それが可能なものは無機触媒のみですから有機生物ではなく無機生物の世界ですね。

至適温度が0℃の酵素はわずか体温が5℃程度上昇すると作用力を失い、その生物は死滅します。ご質問者さんも体温が5℃低下すれば低体温症で死亡しますし、上昇すれば熱死します。ですからこの地球の歴史の中で気温（水温）の変化と共に多くの生物が絶滅・繁栄を繰り返してきたわけです。

お礼

回答ありがとうございます。

タンパク質の熱変成の温度は43℃くらいで、酵素もタンパク質なのでそのあたりの温度までは問題なく機能するものだと思っていました。
そうではない。ということでしょうか。
テルモのサイトの記述（http://www.terumo-taion.jp/health/temperature/02.html）に「代謝は化学反応の一種ですから、一般的な化学反応の法則にあてはまります。化学反応は一般に、温度が高いほど活発になります。つまり、体温が高いほど代謝は活発になり、効率的に行われるはずです。」とあり、そういう理解でいました。

また、生物は共通の祖先から進化しているので、たとえば低温下で生活している魚と私達の間では、幾つかは共通する酵素を持っているのだろうと漠然と考えていました。
実際にはそのようなことはなく、酵素が働くべき環境に即した別々の酵素がそれぞれに用意されている（進化の過程において獲得してきた）ということでしょうか。

回答No.5

tanuki4u

ポイント
ニッチが多様だから多様な生物種がありえて、それぞれの生物種はそのニッチで有利な酵素を突然変異で獲得したものである。
その酵素を使っている理由はない。その酵素を出すような遺伝子を持ったものが、ニッチを見つけて子孫を残したということです。

なのでNo4の方が指摘しているように、４０度くらいでも活発に作用する酵素が突然変異で生まれて、その種が繁栄出来る環境に地球がなっているということ。

100度で最適な酵素を持った動物は、100度の環境が無いとうまくいきられないが、100度の環境なんて地球上では少ない。

恒温動物の優位性は、すぐに逃げられること。すぐ行動を起こせるように体がスタンバイしていますから。
なので、恒温動物は子供の数が少ない。
変温動物は子供の数が多い。個体として生き延びる各率が低いからです。個体としての生き残りと言う意味での優位・劣位を考えれば
恒温動物＞変温動物
となりますが、種として考えると、両方共生き残っていると言う意味では、優劣はない。
それぞれ、別の戦略で生き残っているわけで、優劣の話ではない。

お礼

回答ありがとうございます。

酵素と環境がマッチしたモノだけが生き残れるというわけですね。
たしかに、進化は意図を持って行われるモノではないですから、その通りなのでしょうね。

回答No.4

suiran2

酵素には最も活発に作用します至適温度（最適温度）があります。これは酵素が、タンパク質で出来ているため熱で酵素タンパク質の構造が変化して作用力を失う失活がおこるからです。一般の酵素は40℃以上で失活が始まりますから至適温度が40℃なわけです。

ご指摘の通りに至適温度は、その生物の生息環境により違います。すべての生物の酵素の至適温度が40℃というわけではありません。半世紀前に知られています酵素の至適温度の範囲は0℃～100℃です。現在は極限環境生物の研究が進みましたからもっと範囲が広いかも知れません。

例えば草津温泉の源泉の100℃で生活します耐熱細菌の酵素の至適温度は100℃です。犯罪調査でも利用されますDNAを増幅させますPCRと言う手法はこれら耐熱細菌から抽出された酵素を利用しています。

一方、南極の棚氷の下の海中で生息します多くの魚類・甲殻類・無脊椎動物の酵素の至適温度は0℃程度のようです。もっと身近な例では、雪国で知られています雪虫（セッケイカワゲラ）も同じで、手に乗せますと手の温もりで熱死します。イワナ等の冷水域の魚類も手でつかみますと魚はやけどを負ってしまいます。

生物も物理化学の法則から逃れることは出来ません。化学反応は高温程反応速度は早くなりますから、現在の地球環境で生活している生物は40℃の至適温度が都合が良いだけと思います。地球が全球凍結していた時代に棲息していた生物はおそらく皆0℃の至適温度と思いますし、高温環境なら至適温度もみんな耐熱細菌のようになっているかも知れません。

お礼

詳しい回答をありがとうございます。
一般に酵素は温度が高ければはたらきがよくなると思います。特別に体温を上げる方法を持たずに生活している魚類が持っている酵素をそのまま受け継げば、低温でも十分にはたらき、なおかつ高温ではよりよいはたらきをするのではないかと思います。そういう酵素を持っていれば、たとえばは虫類はバスキングしなくてもよく、恒温動物ももっとエネルギーを節約していきられるのではないかと思うのです。
ヘビを飼っていたことがありますが、ヘビ飼いの先輩から「体温が上がらない状態でエサを与えると消化酵素が十分に働かない。だからエサを消化できずに死ぬ事があるから気をつけろ」といわれました。冷たい海で生活する魚類は、低い体温でもエサを消化して生きています。この違いはなんだろうかと思うのです。なぜ、体温を上げなくても生きていける酵素を捨てたのかと。

回答No.3

noname#160321

現在の考古学のパラダイムでは鳥類の祖先、ほ乳類の祖先およびその類縁もしくは運悪く(？)絶滅したは虫類のかなりの数は、毛ないし羽毛を持ち恒温生物でした。

お礼

回答ありがとうございます。
今のは虫類の先祖をたどっていくと、かつては恒温動物であった時期があったということでしょうか？

回答No.2

雪中庵（@psytex）

変温動物は、体温が下がると活動性が低下します。
ちょうど酵素の生化学反応の活性の低下と比例して。

お礼

回答ありがとうございます。
動物によっては、かなり体温が下がっても十分活動できていますよね。魚類なんて特に。

回答No.1

tanuki4u

酵素によって何をしているかと言うと
化学反応をしている。
化学反応は一般的に高温ほど反応が早く進むから、激しく動き回る動物は高温で反応させる方が有利。

お礼

回答ありがとうございます。
低温で十分に働く酵素を高温で使うと不味いのでしょうか。低温で働かなくなる酵素を選ぶ必要があったのかなと思うのです。