BETA GALAKTOZIDAZĖ: SAVYBĖS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Beta-galaktozidazės , β-galaktozidazė taip pat vadinamas β-D-arba galactohydrolase yra fermentas, priklausantį hidrolazių, galinčių hidrolizuotis glikozilo galaktozilas liekanų skirtingų tipų molekulių šeima: polimerų, oligosacharidų ir antrinių metabolitų, be kita ko.

Anksčiau žinomas kaip „laktazė“, jo pasiskirstymas, kaip ir β-galaktoziduotų oligo- ir polisacharidų, kurie naudojami kaip substratas, pasiskirstymas yra ypač platus. Jis randamas bakterijose, grybuose ir mielėse; augaluose jis paplitęs migdoluose, persikuose, abrikosuose ir obuoliuose, o gyvūnuose jo yra tokiuose organuose kaip skrandis ir žarnos.

Grafinis B-galaktozidazės fermento struktūros vaizdas (Šaltinis: Jawahar Swaminathan ir MSD darbuotojai Europos bioinformatikos institute per „Wikimedia Commons“)

Labiausiai ištirtas fermentas yra E. coli Lac operonas, koduojamas lacZ geno, kurio tyrimai buvo pagrindiniai norint suprasti genetinius operonus ir daugelį jų reguliavimo aspektų.

Šiuo metu jis priklauso geriausiai ištirtų fermentų grupei ir geriausiai žinomas yra laktozės glikozidinių ryšių hidrolizė. Jis atlieka svarbiausias metabolines funkcijas organizmuose, kurie jį išreiškia, taip pat yra naudojami įvairiems pramonės tikslams.

Pramoninis pritaikymas apima laktozės pašalinimą iš pieno produktų žmonėms, netoleruojantiems laktozės, ir įvairių galaktozidato junginių gamybą. Jie taip pat naudojami siekiant pagerinti daugelio pieno produktų saldumą, skonį ir virškinimą.

charakteristikos

Daugeliui žinomų β-galaktozidazių, be galaktoziduotų substratų, tokių kaip laktozė, reikalingi dvivalentiai metalų jonai, tokie kaip magnis ir natris. Tai buvo įrodyta atradus šių metalų jungimosi vietas jų struktūroje.

Gamtoje esančios β-galaktozidazės turi labai įvairius pH diapazonus, kuriuose jos gali veikti. Grybeliniai fermentai veikia rūgščioje aplinkoje (nuo 2,5 iki 5,4), o mielių ir bakterijų fermentai veikia nuo 6 iki 7 pH vienetų.

Bakterinės β-galaktozidazės

Bakterijos turi didelius galaktohidrolitinius fermentus, palyginti su kitomis tirtomis galaktozidazėmis. Šiuose organizmuose tas pats fermentas katalizuoja trijų rūšių fermentines reakcijas:

- Hidrolizuoja laktozę iki konstitucinių monosacharidų: galaktozės ir gliukozės.

- Tai katalizuoja laktozės transgalaktozilinimą į alolaktozę - disacharidinį cukrų, kuris teigiamai reguliuoja genų, priklausančių Lac operonui, ekspresijai, ekspresiją.

- Hidrolizuoja alolaktozę panašiai kaip ir su laktoze.

Grybelinės β-galaktozidazės

Grybai turi β-galaktozidazės fermentus, labiau jautrūs galaktozės slopinimui, nei fermentai, priklausantys kitiems organizmams. Tačiau jie yra termostabilūs ir veikia rūgščiame pH intervale.

Laktozės metabolizmas, kurį skatina šie fermentai grybuose, yra padalintas į tarpląstelinius ir citozolinius, nes šie organizmai gali naudoti β-galaktozidazę, kad tarpląsteliniu būdu hidrolizuotų laktozę ir įneštų produktus į ląsteles, arba jie gali tiesiogiai imti disacharidą ir apdoroti jį viduje.

Struktūra

Bakterinis β-galaktozidazės fermentas yra tetramerinis fermentas (iš keturių vienodų subvienetų, AD), ir kiekvienas jo monomeras turi daugiau kaip 1000 aminorūgščių liekanų, o tai reiškia, kad molekulinė masė yra didesnė kaip 100 kDa kiekvienam ir daugiau kaip 400 kDa baltymų komplekse.

Augaluose, priešingai, fermento dydis yra žymiai mažesnis ir paprastai gali būti randamas kaip identiškų subvienetų dimeris.

Kiekvieno monomero domenai yra atskirti skaičiais nuo 1 iki 5. 3 domenas turi α / β "TIM" statinės struktūrą ir turi aktyvią vietą statinės C-gale.

Manoma, kad aktyviosios fermento komplekso vietos pasiskirsto tarp monomerų, taigi šis fermentas yra biologiškai aktyvus tik tada, kai yra kompleksiškas kaip tetrameras.

Jo aktyvioji vieta gali jungtis su D-gliukoze ir D-galaktoze - dviem monosacharidais, kurie sudaro laktozę. Jis ypač būdingas D-galaktozei, tačiau nėra toks specifiškas gliukozei, todėl fermentas gali veikti kitus galaktozidus.

funkcijos

Gyvūnuose

Žmogaus žarnyne pagrindinė šio fermento funkcija turi būti su maistu suvartotos laktozės absorbcija, nes jis yra žarnos šepetėlio formos ląstelių plazminės membranos šoninėje pusėje.

Be to, įrodyta, kad šio fermento lizosominės izoformos dalyvauja daugelio glikolipidų, mukopolisacharidų ir galaktoziduotų glikoproteinų skaidyme, atliekant įvairius tikslus skirtinguose ląstelių keliuose.

Augaluose

Augalai lapuose ir sėklose turi β-galaktozidazės fermentus. Jie atlieka svarbias galaktolipidų katabolizmo funkcijas, būdingus dumbliams ir augalams apskritai.

Šiuose organizmuose β-galaktozidazė dalyvauja augalų augimo, vaisių nokinimo procesuose, o aukštesniuose augaluose tai yra vienintelis žinomas fermentas, galintis hidrolizuoti galaktozilo liekanas iš ląstelės sienos galakoziduotų polisacharidų.

Pramonėje ir moksliniuose tyrimuose

Maisto pramonėje, susijusioje su pieno produktais, fermentas β-galaktozidazė yra naudojama pieno produktuose esančios laktozės hidrolizei katalizuoti, kuri yra atsakinga už daugelį trūkumų, susijusių su šių produktų laikymu.

Hidrolizuojant šį cukrų siekiama išvengti dalelių nusėdimo, užšaldytų pieno desertų kristalizacijos ir daugumos komercinių pieno darinių „smėlio“ faktūrų.

Pramoniškai naudojama β-galaktozidazė dažniausiai gaunama iš Aspergillus sp. Grybelio, nors mielių Kluyveromyces lactis gaminamas fermentas taip pat plačiai naudojamas.

Β-galaktozidazės aktyvumas, kuris moksliniu požiūriu yra „laktozės fermentacija“, yra reguliariai tiriamas, siekiant nustatyti gramneigiamus Enterobacteriaceae, esančius įvairių tipų mėginiuose.

Be to, medicininiu požiūriu jis naudojamas gaminant pieno produktus be laktozės ir formuojant tabletes, kurių netoleruojantys žmonės naudoja virškinti pieną ir jo darinius (jogurtas, sūris, ledai, sviestas, kremai ir kt.) .

Jis naudojamas kaip „biosensorius“ arba „biomarkeris“ įvairiems tikslams, pradedant imunologiniais tyrimais ir toksikologiniais tyrimais, baigiant genų ekspresijos analize ir patologijų diagnozavimu, nes šis fermentas yra chemiškai imobilizuotas ant specialių laikiklių.

Nuorodos

1. Henrissat, B., ir Daviest, G. (1997). Glikozidų hidrolazių klasifikacija pagal struktūrą ir seka. Dabartinė biologija, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B) -Galaktozidazė. Academic Press, 212–214.
3. Husainas, Q. (2010). β galaktozidazės ir jų galimas panaudojimas: apžvalga. Kritinės apžvalgos apie biotechnologijas, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW ir Huber, RE (2012). LacZ B-galaktozidazė: istoriškai ir molekuliškai biologinės svarbos fermento struktūra ir funkcija. Protein Science, 21, 1792–1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Su sensacija susijusi β-galaktozidazė yra lizosominė β-galaktozidazė. „Aging Cell“, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). E. coli β-galaktozidazės struktūra. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, ir Withers, SG (1994). Fermentinės glikozidų hidrolizės mechanizmai. Dabartinė nuomonė struktūrinėje biologijoje, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Grey, J., & Stine, C. (1981). Beta galaktozidazė: naujausių tyrimų, susijusių su technologiniu pritaikymu, mitybos problemomis ir imobilizacija, apžvalga. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galaktozidazė.