BETA GALAKTOZYDAZA: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Beta-galaktozydazy , β-galaktozydazą zwany także β-D lub galactohydrolase jest enzymem, należące do rodziny hydrolaz glikozylowych, zdolnych do hydrolizowania pozostałości galaktozyl różnych rodzajów cząsteczek: polimery, oligosacharydy i ich metabolitów wtórnych, między innymi.

Wcześniej znana jako „laktaza”, jej dystrybucja, podobnie jak β-galaktozydowane oligo- i polisacharydy, które służą jako substrat, jest niezwykle szeroka. Występuje w bakteriach, grzybach i drożdżach; w roślinach występuje często w migdałach, brzoskwiniach, morelach i jabłkach, a u zwierząt w narządach, takich jak żołądek i jelita.

Graficzne przedstawienie struktury enzymu B-galaktozydazy (źródło: Jawahar Swaminathan i pracownicy MSD w Europejskim Instytucie Bioinformatyki za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Najbardziej zbadanym enzymem jest operon Lac E. coli, kodowany przez gen lacZ, którego badania były kluczem do zrozumienia funkcjonowania operonów genetycznych i wielu ich regulacyjnych aspektów.

Obecnie należy do grupy najlepiej zbadanych enzymów, a jego najbardziej znaną funkcją jest hydroliza wiązań glikozydowych laktozy. Pełni podstawowe funkcje metaboliczne w organizmach, które ją wyrażają, a także jest wykorzystywany do różnych celów przemysłowych.

Zastosowania przemysłowe obejmują usuwanie laktozy z produktów mlecznych dla osób z nietolerancją laktozy oraz produkcję różnych związków galaktozydów. Są również używane do poprawy słodyczy, smaku i trawienia wielu produktów mlecznych.

cechy

Oprócz substratów galaktozydowanych, takich jak laktoza, większość znanych β-galaktozydaz wymaga dwuwartościowych jonów metali, takich jak magnez i sód. Udowodniono to odkryciem miejsc wiązania tych metali w ich strukturze.

Obecne w naturze β-galaktozydazy mają szeroki zakres zakresów pH, w których mogą działać. Enzymy grzybowe działają w środowisku kwaśnym (od 2,5 do 5,4), podczas gdy enzymy drożdżowe i bakteryjne od 6 do 7 jednostek pH.

Bakteryjne β-galaktozydazy

Bakterie mają duże enzymy galakto-hydrolityczne w porównaniu z innymi analizowanymi galaktozydazami. W tych organizmach ten sam enzym katalizuje trzy typy reakcji enzymatycznych:

- Hydrolizuje laktozę do jej konstytutywnych monosacharydów: galaktozy i glukozy.

- Katalizuje transgalaktozylację laktozy do allolaktozy, cukru disacharydowego, który uczestniczy w pozytywnej regulacji ekspresji genów należących do operonu Lac, np.

- Hydrolizuje allolaktozę w podobny sposób jak laktoza.

Grzybicze β-galaktozydazy

Grzyby posiadają enzymy β-galaktozydazy bardziej podatne na hamowanie przez galaktozę niż enzymy należące do innych organizmów. Są jednak termostabilne i działają w kwaśnych zakresach pH.

Metabolizm laktozy, w którym pośredniczą te enzymy w grzybach, dzieli się na pozakomórkowy i cytozolowy, ponieważ organizmy te mogą wykorzystywać β-galaktozydazę do pozakomórkowej hydrolizy laktozy i wprowadzać produkty do komórek lub mogą bezpośrednio przyjmować disacharyd i przetwarzać go wewnętrznie.

Struktura

Bakteryjny enzym β-galaktozydaza jest enzymem tetramerycznym (składającym się z czterech identycznych podjednostek, AD), a każdy z jego monomerów ma ponad 1000 reszt aminokwasowych, co oznacza masę cząsteczkową ponad 100 kDa dla każdego i ponad 400 kDa dla skompleksowanego białka.

Natomiast w roślinach enzym ma znacznie mniejszy rozmiar i często można go znaleźć jako dimer składający się z identycznych podjednostek.

Domeny każdego monomeru są oznaczone numerami od 1 do 5. Domena 3 ma strukturę cylindryczną α / β „TIM” i ma miejsce aktywne na C-końcu cylindra.

Przypuszcza się, że miejsca aktywne kompleksu enzymatycznego są wspólne dla monomerów, więc enzym ten jest biologicznie aktywny tylko wtedy, gdy jest skompleksowany jako tetramer.

Jego miejsce aktywne ma zdolność wiązania się z D-glukozą i D-galaktozą, dwoma monosacharydami tworzącymi laktozę. Jest szczególnie specyficzny dla D-galaktozy, ale nie jest tak specyficzny dla glukozy, więc enzym może działać na inne galaktozydy.

cechy

U zwierząt

W jelicie człowieka główna funkcja tego enzymu wiąże się z wchłanianiem laktozy spożytej z pożywieniem, ponieważ znajduje się ona po stronie światła błony plazmatycznej komórek jelitowych w kształcie szczoteczki.

Ponadto wykazano, że lizosomalne izoformy tego enzymu uczestniczą w degradacji wielu glikolipidów, mukopolisacharydów i galaktozydowanych glikoprotein, służąc różnym celom w różnych szlakach komórkowych.

W roślinach

Rośliny posiadają enzymy β-galaktozydazy w liściach i nasionach. Pełnią one ważne funkcje w katabolizmie galaktolipidów, które są charakterystyczne dla alg i ogólnie roślin.

U tych organizmów β-galaktozydaza uczestniczy w procesach wzrostu roślin, dojrzewania owoców, a u roślin wyższych jest jedynym znanym enzymem zdolnym do hydrolizy reszt galaktozylowych z galakozydowanych polisacharydów ściany komórkowej.

W przemyśle i badaniach

W przemyśle spożywczym związanym z produktami mleczarskimi enzym β-galaktozydaza jest stosowany do katalizowania hydrolizy laktozy obecnej w produktach mleczarskich, która jest odpowiedzialna za wiele wad związanych z przechowywaniem tych produktów.

Hydroliza tego cukru ma na celu uniknięcie sedymentacji cząstek, krystalizacji mrożonych deserów mlecznych i obecności „piaszczystych” tekstur w większości handlowych pochodnych mleka.

Β-galaktozydaza, która jest stosowana w przemyśle, jest powszechnie otrzymywana z grzyba Aspergillus sp., Chociaż szeroko stosowany jest również enzym wytwarzany przez drożdże Kluyveromyces lactis.

Aktywność β-galaktozydazy, którą w terminologii naukowej tłumaczy się jako „fermentacja laktozy”, jest rutynowo testowana w celu identyfikacji Gram-ujemnych Enterobacteriaceae obecnych w różnych typach próbek.

Ponadto z medycznego punktu widzenia służy do produkcji bezlaktozowych produktów mlecznych oraz do sporządzania tabletek, które osoby nietolerujące laktozy używają do trawienia mleka i jego pochodnych (jogurty, sery, lody, masło, kremy itp.) .

Jest używany jako „biosensor” lub „biomarker” do różnych celów, od testów immunologicznych i analiz toksykologicznych po analizę ekspresji genów i diagnostykę patologii dzięki chemicznej immobilizacji tego enzymu na specjalnych nośnikach.

Bibliografia

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Strukturalna i sekwencyjna klasyfikacja hydrolaz glikozydowych. Current Biology, 7, 637–644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B) -Galaktozydaza. Academic Press, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β Galaktozydazy i ich potencjalne zastosowania: przegląd. Critical Reviews in Biotechnology, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW i Huber, RE (2012). LacZ B-galaktozydaza: Struktura i funkcja enzymu o znaczeniu historycznym i molekularnym. Protein Science, 21, 1792–1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Β-galaktozydaza związana ze starzeniem to lizosomalna β-galaktozydaza. Aging Cell, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Struktura β-galaktozydazy E. coli. CR Biologies, 328, 549–556.
7. McCarter, JD i Withers, SG (1994). Mechanizmy enzymatycznej hydrolizy glikozydów. Current Opinion in Structural Biology, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Gray, J. i Stine, C. (1981). Beta-galaktozydaza: przegląd ostatnich badań związanych z zastosowaniami technologicznymi, problemami żywieniowymi i unieruchomieniem. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K. i Weil, R. (1972). B-galaktozydaza.