БЕТА-ГАЛАКТОЗИДАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2024

Бета - галактозидаза , β-галактозидаза также называют β-D-или galactohydrolase представляет собой фермент , принадлежащий к семейству гидролаз , способных гидролизовать гликозильные галактозили остатки различных типов молекул: полимеры, олигосахаридов и вторичных метаболитов, среди других.

Ранее известная как «лактаза», ее распределение, а также распределение β-галактозидированных олиго- и полисахаридов, которые служат субстратом, чрезвычайно широко. Он содержится в бактериях, грибах и дрожжах; у растений он часто встречается в миндале, персиках, абрикосах и яблоках, а у животных он присутствует в таких органах, как желудок и кишечник.

Графическое изображение структуры фермента B-галактозидазы (Источник: Джавахар Сваминатан и сотрудники MSD Европейского института биоинформатики через Wikimedia Commons)

Наиболее изученным ферментом является фермент Lac-оперона E. coli, кодируемый геном lacZ, исследования которого сыграли ключевую роль в понимании функционирования генетических оперонов и многих их регуляторных аспектов.

В настоящее время он принадлежит к группе наиболее изученных ферментов, и его наиболее известная функция - гидролиз гликозидных связей лактозы. Он выполняет важные метаболические функции в организмах, которые его выражают, а также используется в различных промышленных целях.

Промышленные применения включают удаление лактозы из молочных продуктов для людей с непереносимостью лактозы и производство различных соединений галактозидата. Они также используются для улучшения сладости, вкуса и усвоения многих молочных продуктов.

характеристики

В дополнение к галактозидированным субстратам, таким как лактоза, для большинства известных β-галактозидаз требуются ионы двухвалентных металлов, таких как магний и натрий. Это было доказано открытием сайтов связывания этих металлов в их структуре.

Β-галактозидазы, присутствующие в природе, имеют широкий диапазон диапазонов pH, в которых они могут работать. Грибковые ферменты работают в кислой среде (от 2,5 до 5,4), в то время как дрожжевые и бактериальные ферменты работают в диапазоне от 6 до 7 единиц pH.

Бактериальные β-галактозидазы

Бактерии обладают большими галакто-гидролитическими ферментами по сравнению с другими проанализированными галактозидазами. У этих организмов один и тот же фермент катализирует три типа ферментативных реакций:

- Гидролизует лактозу до составляющих ее моносахаридов: галактозы и глюкозы.

- Он катализирует трансгалактозилирование лактозы в аллолактозу, дисахаридный сахар, который участвует в положительной регуляции экспрессии генов, принадлежащих оперону Lac, eç.

- Гидролизует аллолактозу так же, как и лактозу.

Грибковые β-галактозидазы

Грибы обладают ферментами β-галактозидазы, более восприимчивыми к ингибированию галактозой, чем ферменты, принадлежащие другим организмам. Однако они термостабильны и работают в кислых диапазонах pH.

Метаболизм лактозы, опосредованный этими ферментами, у грибов делится на внеклеточный и цитозольный, поскольку эти организмы могут использовать β-галактозидазу для внеклеточного гидролиза лактозы и введения продуктов в клетки, или они могут напрямую принимать дисахарид и обрабатывать его внутри.

Структура

Бактериальный фермент β-галактозидаза представляет собой тетрамерный фермент (из четырех идентичных субъединиц, AD), и каждый из его мономеров имеет более 1000 аминокислотных остатков, что означает молекулярную массу более 100 кДа для каждого и более 400 кДа для комплексного белка.

Напротив, у растений фермент значительно меньше по размеру и обычно встречается в виде димера идентичных субъединиц.

Домены каждого мономера обозначены номерами от 1 до 5. Домен 3 имеет бочкообразную структуру α / β «TIM» и активный сайт на С-конце цилиндра.

Предполагается, что активные центры ферментного комплекса являются общими для мономеров, поэтому этот фермент биологически активен только тогда, когда он образует комплекс в виде тетрамера.

Его активный центр имеет способность связываться с D-глюкозой и D-галактозой, двумя моносахаридами, из которых состоит лактоза. Он особенно специфичен для D-галактозы, но не так специфичен для глюкозы, поэтому фермент может действовать на другие галактозиды.

Характеристики

У животных

В кишечнике человека основная функция этого фермента связана с абсорбцией лактозы, попадающей в организм с пищей, поскольку он расположен на просветной стороне плазматической мембраны кишечных щеткообразных клеток.

Кроме того, было показано, что лизосомные изоформы этого фермента участвуют в деградации многих гликолипидов, мукополисахаридов и галактозидированных гликопротеинов, выполняя множество функций в различных клеточных путях.

В растениях

Растения содержат ферменты β-галактозидазы в листьях и семенах. Они выполняют важные функции в катаболизме галактолипидов, которые характерны для водорослей и растений в целом.

У этих организмов β-галактозидаза участвует в процессах роста растений, созревания плодов, а у высших растений это единственный известный фермент, способный гидролизовать остатки галактозила из галактозидированных полисахаридов клеточной стенки.

В промышленности и исследованиях

В пищевой промышленности, связанной с молочными продуктами, фермент β-галактозидаза используется для катализа гидролиза лактозы, присутствующей в молочных продуктах, что является причиной многих дефектов, связанных с хранением этих продуктов.

Гидролиз этого сахара направлен на предотвращение осаждения частиц, кристаллизации замороженных молочных десертов и наличия «песчаной» текстуры в большинстве коммерческих производных молока.

Β-галактозидаза, которая используется в промышленности, обычно получается из грибка Aspergillus sp., Хотя фермент, продуцируемый дрожжами Kluyveromyces lactis, также широко используется.

Активность β-галактозидазы, которая в научных терминах переводится как «ферментация лактозы», обычно проверяется для идентификации грамотрицательных бактерий Enterobacteriaceae, присутствующих в различных типах образцов.

Кроме того, с медицинской точки зрения, он используется для производства безлактозных молочных продуктов и для приготовления таблеток, которые люди с непереносимостью лактозы используют для переваривания молока и его производных (йогурт, сыр, мороженое, масло, кремы и т. Д.) ,

Он используется в качестве «биосенсора» или «биомаркера» для различных целей, от иммуноанализа и токсикологических анализов до анализа экспрессии генов и диагностики патологий благодаря химической иммобилизации этого фермента на специальных опорах.

Ссылки

1. Хенриссат Б. и Дэвист Г. (1997). Структурная и последовательная классификация гликозидгидролаз. Current Biology, 7, 637-644.
2. Хубер, Р. (2001). Бета (B) -галактозидаза. Academic Press, 212–214.
3. Хусейн, К. (2010). β-Галактозидазы и их потенциальные применения: обзор. Критические обзоры в биотехнологии, 30, 41–62.
4. Джуэрс, Д.Х., Мэтьюз, Б.В., и Хубер, Р.Е. (2012). LacZ B-галактозидаза: структура и функция фермента, имеющего историческое и молекулярно-биологическое значение. Protein Science, 21, 1792-1807.
5. Ли, Б., Хан, Дж. А., Им, Дж. С., Моррон, А., Джунг, К., Гудвин, К.,… Хван, ES (2006). Связанная со старением β -галактозидаза представляет собой лизосомальную β-галактозидазу. Клетка старения, 5, 187–195.
6. Мэтьюз, Б.В. (2005). Структура β-галактозидазы E. coli. CR Biologies, 328, 549-556.
7. Маккартер, Д. Д. и Уизерс, С. Г. (1994). Механизмы ферментативного гидролиза гликозидов. Текущее мнение в структурной биологии, 4, 885–892.
8. Ричмонд М., Грей Дж. И Стайн К. (1981). Бета-галактозидаза: обзор последних исследований, связанных с технологическим применением, проблемами питания и иммобилизацией. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Валленфельс, К., и Вейл, Р. (1972). В-галактозидазы.