BEETAGALAKTOSIDAASI: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Beta galaktosidaasi, β-galaktosidaasi kutsutaan myös β-D-tai galactohydrolase on entsyymi, joka kuuluu perheeseen hydrolaaseja, jotka kykenevät hydrolysoitumaan glykosyyli- galaktosyylitähteitä erilaisia molekyylejä: polymeerejä, oligosakkaridit ja sekundaarimetaboliitteja, mm.

Aikaisemmin nimellä "laktaasi", sen jakauma, samoin kuin substraattina toimivien P-galaktosidoitujen oligo- ja polysakkaridien jakauma on erittäin laaja. Sitä löytyy bakteereista, sienistä ja hiivoista; kasveissa se on yleinen manteleissa, persikoissa, aprikooseissa ja omenoissa, ja eläimissä sitä esiintyy elimissä, kuten vatsassa ja suolistossa.

Graafinen esitys B-galaktosidaasi-entsyymin rakenteesta (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa Wikimedia Commonsin kautta)

Eniten tutkittu entsyymi on lacZ-geenin koodaama E. colin Lac-operoni, jonka tutkimukset ovat olleet avainasemassa ymmärtäessä geneettisten operonien toimintaa ja niiden monia sääteleviä näkökohtia.

Se kuuluu tällä hetkellä parhaiten tutkittujen entsyymien ryhmään ja sen tunnetuin tehtävä on laktoosin glykosidisidosten hydrolyysi. Se täyttää välttämättömät metaboliset toiminnot sitä ilmaisevissa organismeissa ja sitä käytetään myös erilaisiin teollisiin tarkoituksiin.

Teollisiin sovelluksiin sisältyy laktoosin poistaminen maitotuotteista laktoosit intoleranteille ihmisille ja erilaisten galaktosidaattiyhdisteiden tuottaminen. Niitä käytetään myös parantamaan monien maitotuotteiden makeutta, makua ja sulamista.

ominaisuudet

Galaktosidoitujen substraattien, kuten laktoosin, lisäksi suurin osa tunnetuista P-galaktosidaaseista vaatii kaksiarvoisia metalli-ioneja, kuten magnesiumia ja natriumia. Tämä on todistettu löytämällä sitoutumiskohdat näille metalleille niiden rakenteessa.

Luonnossa läsnä olevilla beeta-galaktosidaaseilla on laaja valikoima pH-alueita, joilla ne voivat toimia. Sienientsyymit toimivat happamissa ympäristöissä (2,5 - 5,4), kun taas hiiva- ja bakteeri-entsyymit toimivat välillä 6 - 7 pH-yksikköä.

Bakteeri-p-galaktosidaasit

Bakteereilla on suuria galaktohydrolyyttisiä entsyymejä verrattuna muihin analysoituihin galaktosidaaseihin. Näissä organismeissa sama entsyymi katalysoi kolmen tyyppisiä entsymaattisia reaktioita:

- Hydrolysoi laktoosin konstitutiivisiksi monosakkarideiksi: galaktoosiksi ja glukoosiksi.

- Se katalysoi laktoosin transgalaktosylaatiota allolaktoosiksi, disakkaridisokeriksi, joka osallistuu Lac-operoniin, eç, kuuluvien geenien ilmentymisen positiiviseen säätelyyn.

- Hydrolysoi allolaktoosia samalla tavalla kuin laktoosin kanssa.

Sienien beeta-galaktosidaasit

Sienillä on ß-galaktosidaasientsyymejä, jotka ovat alttiimpia galaktoosin estämiselle kuin muihin organismeihin kuuluvat entsyymit. Ne ovat kuitenkin lämpöstabiileja ja toimivat happamilla pH-alueilla.

Näiden entsyymien välittämät laktoosimetaboliat sienissä jaetaan solunulkoisiin ja sytosolisiin, koska nämä organismit voivat käyttää β-galaktosidaasia solunulkoisesti hydrolysoida laktoosia ja viedä tuotteita soluihin tai ne voivat ottaa disakkaridin suoraan ja prosessoida sen sisäisesti.

Rakenne

Bakteerinen beeta-galaktosidaasientsyymi on tetrameerinen entsyymi (neljä identtistä alayksikköä, AD) ja jokaisessa sen monomeerissä on yli 1000 aminohappotähdettä, mikä tarkoittaa molekyylipainoa yli 100 kDa kutakin kohden ja yli 400 kDa kompleksoidulle proteiinille.

Kasveissa sitä vastoin entsyymi on huomattavasti pienempi ja sitä voidaan yleensä löytää identtisten alayksiköiden dimeerinä.

Kunkin monomeerin domeenit erotetaan numeroilla 1 - 5. Domainilla 3 on a / p "TIM" -tynnyrirakenne ja sillä on aktiivinen kohta tynnyrin C-terminaalisessa päässä.

Oletetaan, että entsyymikompleksin aktiiviset kohdat jakautuvat monomeerien kesken, joten tämä entsyymi on biologisesti aktiivinen vain, kun se kompleksoituu tetrameeriksi.

Sen aktiivisella kohdalla on kyky sitoutua D-glukoosiin ja D-galaktoosiin, kahteen laktoosin muodostavaan monosakkaridiin. Se on erityisen spesifinen D-galaktoosille, mutta se ei ole niin spesifinen glukoosille, joten entsyymi voi toimia muissa galaktosideissa.

ominaisuudet

Eläimissä

Ihmisen suolistossa tämän entsyymin päätehtävä liittyy ruoan kanssa nautitun laktoosin imeytymiseen, koska se sijaitsee suoliston harjanmuotoisten solujen plasmakalvon luminaluksella.

Lisäksi tämän entsyymin lysosomaalisten isomuotojen on osoitettu osallistuvan monien glykolipidien, mukopolysakkaridien ja galaktosidoitujen glykoproteiinien hajoamiseen, ja ne palvelevat useita tarkoituksia eri soluväylillä.

Kasveissa

Kasveissa on β-galaktosidaasientsyymejä lehdissä ja siemenissä. Ne suorittavat tärkeitä toimintoja galaktolipidien katabolismissa, jotka ovat tyypillisiä levälle ja kasveille yleensä.

Näissä organismeissa β-galaktosidaasi osallistuu kasvien kasvuprosesseihin, hedelmien kypsymiseen ja korkeissa kasveissa tämä on ainoa tunnettu entsyymi, joka kykenee hydrolysoimaan galaktosyylitähteitä soluseinämän galakosidoiduista polysakkarideista.

Teollisuudessa ja tutkimuksessa

Meijerituotteisiin liittyvässä elintarviketeollisuudessa beeta-galaktosidaasi-entsyymiä käytetään maitotuotteissa olevan laktoosin hydrolyysin katalysoimiseen, mikä on vastuussa monista näiden tuotteiden varastointiin liittyvistä virheistä.

Tämän sokerin hydrolyysillä pyritään välttämään hiukkasten laskeutumista, jäädytettyjen meijerijäätelöiden kiteytymistä ja "hiekkaisten" tekstuurien esiintymistä suurimmassa osassa maidon kaupallisia johdannaisia.

Teollisesti käytettyä beeta-galaktosidaasia saadaan yleensä sienestä Aspergillus sp., Vaikkakin hiivan Kluyveromyces lactis -bakteerin tuottama entsyymi on myös laajalti käytetty.

P-galaktosidaasiaktiivisuus, joka käännetään tieteellisesti "laktoosikäärmeeksi", testataan rutiininomaisesti erityyppisissä näytteissä olevien gram-negatiivisten enterobakteerien tunnistamiseksi.

Lisäksi lääketieteellisessä mielessä sitä käytetään laktoosittomien maitotuotteiden valmistukseen ja tablettien formulointiin, joita laktoositön sietokyvyttömät ihmiset käyttävät sulamaan maitoa ja sen johdannaisia ​​(jogurtti, juusto, jäätelö, voi, voiteet jne.).

Sitä käytetään "biosensorina" tai "biomarkkerina" moniin tarkoituksiin, immunomäärityksistä ja toksikologisista analyyseistä geeniekspression analysointiin ja patologioiden diagnoosiin tämän entsyymin kemiallisen immobilisoinnin avulla erityisillä kantoaineilla.

Viitteet

1. Henrissat, B., ja Daviest, G. (1997). Glykosidihydrolaasien rakenne- ja sekvenssipohjainen luokittelu. Current Biology, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Beeta (B) -galaktosidaasi. Academic Press, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β galaktosidaasit ja niiden mahdolliset sovellukset: katsaus. Kriittiset arvostelut biotekniikassa, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW ja Huber, RE (2012). LacZ B-galaktosidaasi: Historiallisesti ja molekyylisesti biologisesti tärkeän entsyymin rakenne ja toiminta. Protein Science, 21, 1792 - 1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Senescenssiin liittyvä p-galaktosidaasi on lysosomaalinen p-galaktosidaasi. Aging Cell, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). E. colin beeta-galaktosidaasin rakenne. CR Biologies, 328, 549 - 556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Entsymaattisen glykosidin hydrolyysin mekanismit. Nykyinen lausunto rakenteellisessa biologiassa, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Grey, J., & Stine, C. (1981). Beeta-galaktosidaasi: Katsaus viimeaikaiseen tutkimukseen, joka liittyy teknologiseen soveltamiseen, ravitsemuksellisiin huolenaiheisiin ja liikkumattomuuteen. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-Galactosidase.