BETA GALAKTOZIDĀZE: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Beta-galaktozidāzes , β-galaktozidāzes sauc arī β-D-vai galactohydrolase ir ferments, kas pieder pie ģimenes hidrolāzes spēj hidrolizējot glikozilgrupa galactosyl atlieku dažāda veida molekulu: polimēru, oligosaharīdu un sekundāro metabolītu, among others.

Iepriekš pazīstams kā "laktāze", tā, kā arī β-galaktozidēto oligo- un polisaharīdu, kas kalpo par substrātu, sadalījums ir ārkārtīgi plašs. Tas ir atrodams baktērijās, sēnītēs un raugos; augos tas ir izplatīts mandelēs, persikos, aprikozēs un ābolos, un dzīvniekiem tas atrodas tādos orgānos kā kuņģis un zarnas.

B-galaktozidāzes enzīma struktūras grafiskais attēlojums (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā, izmantojot Wikimedia Commons)

Vispētītākais enzīms ir E. coli Lac operona enzīms, ko kodē lacZ gēns, kura pētījumi ir bijuši atslēga, lai izprastu ģenētisko operonu darbību un daudzus no tiem reglamentējošos aspektus.

Pašlaik tas pieder vislabāk izpētīto enzīmu grupai, un tā vispazīstamākā funkcija ir laktozes glikozīdu saišu hidrolīze. Tas pilda svarīgas metabolisma funkcijas organismos, kas to izsaka, un to izmanto arī dažādiem rūpnieciskiem mērķiem.

Rūpnieciskais pielietojums ietver laktozes noņemšanu no piena produktiem cilvēkiem, kas nepanes laktozi, un dažādu galaktozidātu savienojumu ražošanu. Tos izmanto arī, lai uzlabotu daudzu piena produktu saldumu, garšu un gremošanu.

raksturojums

Papildus galaktozidētiem substrātiem, piemēram, laktozei, lielākajai daļai zināmo β-galaktozidāžu nepieciešami divvērtīgi metāla joni, piemēram, magnijs un nātrijs. Tas ir pierādīts, atklājot šo metālu saistošās vietas to struktūrā.

Dabā esošajām β-galaktozidāzēm ir plašs pH diapazons, pie kurām tās var darboties. Sēnīšu enzīmi darbojas skābā vidē (no 2,5 līdz 5,4), savukārt rauga un baktēriju fermenti darbojas no 6 līdz 7 pH vienībām.

Baktēriju β-galaktozidāzes

Baktērijām ir lieli galaktohidrolītiskie fermenti, salīdzinot ar citām analizētajām galaktozidāzēm. Šajos organismos tas pats enzīms katalizē trīs enzīmu reakciju veidus:

- Hidrolizē laktozi līdz tās konstitutīvajiem monosaharīdiem: galaktozei un glikozei.

- Tas katalizē laktozes transgalaktozilēšanu līdz allolaktozei - disaharīda cukuram, kas piedalās Lac operonā, eç, piederošo gēnu ekspresijas pozitīvā regulēšanā.

- Hidrolizē allolaktozi līdzīgi kā tas notiek ar laktozi.

Sēnīšu β-galaktozidāzes

Sēnēm ir β-galaktozidāzes enzīmi, kas vairāk pakļauti galaktozes inhibēšanai nekā fermenti, kas pieder citiem organismiem. Tomēr tie ir termostabili un darbojas skābā pH diapazonā.

Šo enzīmu mediētā laktozes metabolisms sēnītēs tiek sadalīts ārpusšūnu un citosolītajos, jo šie organismi var izmantot β-galaktozidāzi, lai ārpusšūnu hidrolizētu laktozi un ievestu produktus šūnās, vai arī tie var tieši ņemt disaharīdu un apstrādāt to iekšēji.

Uzbūve

Baktēriju β-galaktozidāzes enzīms ir tetrameriskais enzīms (no četrām identiskām apakšvienībām, AD), un katram tā monomēram ir vairāk nekā 1000 aminoskābju atlikumu, kas nozīmē molekulmasu vairāk nekā 100 kDa katram un vairāk nekā 400 kDa kompleksajam proteīnam.

Turpretī augos fermenta izmērs ir ievērojami mazāks, un to parasti var uzskatīt par identisku apakšvienību dimēru.

Katra monomēra domēnus izšķir ar cipariem no 1 līdz 5. 3. domēnam ir α / β "TIM" stobra struktūra, un tam ir aktīvā vieta mucas C-galā.

Tiek pieņemts, ka fermentu kompleksa aktīvās vietas ir sadalītas starp monomēriem, tāpēc šis ferments ir bioloģiski aktīvs tikai tad, ja tas ir komplekss kā tetramers.

Tā aktīvajai vietnei ir spēja saistīties ar D-glikozi un D-galaktozi - diviem monosaharīdiem, kas veido laktozi. Tas ir īpaši specifisks D-galaktozei, bet tas nav tik specifisks glikozei, tāpēc ferments var darboties ar citiem galaktozīdiem.

Iespējas

Dzīvniekiem

Cilvēka zarnās šī enzīma galvenā funkcija ir saistīta ar laktozes uzsūkšanos, kas uzņemta ar pārtiku, jo tā atrodas zarnas sukas formas šūnu plazmas membrānas luminis pusē.

Turklāt ir pierādīts, ka šī enzīma lizosomālas izoformas piedalās daudzu glikolipīdu, mukopolisaharīdu un galaktozidēto glikoproteīnu noārdīšanā, dažādiem mērķiem izmantojot dažādus šūnu ceļus.

Augos

Augiem ir β-galaktozidāzes enzīmi lapās un sēklās. Tie veic svarīgas funkcijas galaktolipīdu katabolismā, kas raksturīgi aļģēm un augiem kopumā.

Šajos organismos β-galaktozidāze piedalās augu augšanas, augļu nogatavošanās procesos, un augstākajos augos tas ir vienīgais zināmais enzīms, kas spēj hidrolizēt galaktozila atlikumus no šūnas sienas galakozidētajiem polisaharīdiem.

Rūpniecībā un pētniecībā

Pārtikas rūpniecībā, kas saistīta ar piena produktiem, fermentu β-galaktozidāzi izmanto, lai katalizētu piena produktos esošās laktozes hidrolīzi, kas ir atbildīga par daudziem trūkumiem, kas saistīti ar šo produktu uzglabāšanu.

Šī cukura hidrolīzes mērķis ir novērst daļiņu nogulsnēšanos, saldētu piena desertu kristalizāciju un “smilšainu” faktūru klātbūtni lielākajā daļā piena komerciālo atvasinājumu.

Rūpnieciski izmantojamo β-galaktozidāzi parasti iegūst no Aspergillus sp. Sēnes, lai gan plaši izmanto arī rauga Kluyveromyces lactis ražoto fermentu.

Β-galaktozidāzes aktivitāte, kas zinātniski tiek tulkota kā "laktozes fermentācija", tiek regulāri pārbaudīta, lai identificētu gramnegatīvas enterobaktērijas, kas atrodas dažāda veida paraugos.

Turklāt medicīnā tas tiek izmantots piena produktu bez laktozes ražošanai un tablešu pagatavošanai, ko cilvēki, kas nepanes laktozi, sagremo pienu un tā atvasinājumus (jogurts, siers, saldējums, sviests, krēmi utt.) .

To izmanto kā "biosensoru" vai "biomarķieri" dažādiem mērķiem, sākot no imūnpārbaudes un toksikoloģiskās analīzes līdz gēnu ekspresijas analīzei un patoloģiju diagnosticēšanai, pateicoties šī fermenta ķīmiskai imobilizācijai uz īpašiem balstiem.

Atsauces

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Glikozīdu hidrolāžu klasifikācija pēc struktūras un secības. Current Biology, 7, 637-644.
2. Hūbers, R. (2001). Beta (B) -Galaktozidāze. Academic Press, 212–214.
3. Husains, Q. (2010). β galaktozidāzes un to iespējamie pielietojumi: pārskats. Kritiskās atsauksmes biotehnoloģijā, 30., 41. – 62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012). LacZ B-galaktozidāze: vēsturiski un molekulāri bioloģiski svarīga fermenta struktūra un darbība. Protein Science, 21, 1792-1807.
5. Lī, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Ar sensecenci saistītā β-galaktozidāze ir lizosomāla β-galaktozidāze. Vecuma šūna, 5, 187–195.
6. Metjū, BW (2005). E. coli β-galaktozidāzes struktūra. CR Biologies, 328, 549-556.
7. Makarters, JD, & Withers, SG (1994). Fermentatīvās glikozīdu hidrolīzes mehānismi. Pašreizējais atzinums strukturālajā bioloģijā, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Grey, J., & Stine, C. (1981). Beta-galaktozidāze: pārskats par jaunākajiem pētījumiem, kas saistīti ar tehnoloģisko pielietojumu, uztura problēmām un imobilizāciju. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galaktozidāze.