BETA GALAKTOZIDAZA: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Beta galaktozidaza, β-galaktozidaza također naziva β-D-ili galactohydrolase je enzim koji pripadaju porodici hidrolaza sposobnih hidrolizom glikozil galaktozil ostataka različitih vrsta molekula: polimera, oligosaharidi i sekundarnih metabolita, među ostalima.

Ranije poznat kao "laktaza", njegova distribucija, kao i distribucija oligo- i polisaharida β-galaktozida koji služe kao supstrat, izuzetno je široka. Nalazi se u bakterijama, gljivicama i kvascima; u biljkama je uobičajena u bademima, breskvama, marelicama i jabukama, a u životinjama prisutna je u organima poput želuca i crijeva.

Grafički prikaz strukture enzima B-galaktozidaze (Izvor: Jawahar Swaminathan i osoblje MSD-a u Europskom institutu za bioinformatiku putem Wikimedia Commonsa)

Enzim koji se proučava je lac-operon E. coli, kodiran genom lacZ, čije su studije bile ključne za razumijevanje funkcioniranja genetskih operona i mnogih regulatornih aspekata istih.

Trenutno spada u skupinu najbolje proučenih enzima i najpoznatija mu je funkcija hidrolize glikozidnih veza laktoze. Ispunjava osnovne metaboličke funkcije u organizmima koji ga izražavaju i koristi se u različite industrijske svrhe.

Industrijske primjene uključuju uklanjanje laktoze iz mliječnih proizvoda za osobe koje ne podnose laktozu i proizvodnju raznih spojeva galaktozidata. Također se koriste za poboljšanje slatkoće, okusa i probave mnogih mliječnih proizvoda.

karakteristike

Pored galaktoidiziranih supstrata kao što je laktoza, većini poznatih β-galaktozidaza potrebni su dvovalentni metalni ioni, poput magnezija i natrija. To je dokazano otkrićem mjesta vezanja tih metala u njihovoj strukturi.

P-galaktozidaze prisutne u prirodi imaju širok raspon pH vrijednosti u kojima mogu djelovati. Gljivični enzimi djeluju u kiselom okruženju (2,5 do 5,4), dok kvasci i bakterijski enzimi djeluju između 6 i 7 pH jedinica.

Bakterijske β-galaktozidaze

Bakterije imaju velike galaktohidrolitičke enzime u usporedbi s ostalim analiziranim galaktozidazama. U tim organizmima isti enzim katalizira tri vrste enzimskih reakcija:

- Hidrolizira laktozu u svoje sastavne monosaharide: galaktozu i glukozu.

- Katalizira transgalaktozilaciju laktoze u alolaktozu, disaharidni šećer koji sudjeluje u pozitivnoj regulaciji ekspresije gena koji pripadaju Lac operonu, eç.

- Hidrolizira alolaktozu na sličan način kao i laktoza.

Gljivične β-galaktozidaze

Gljivice posjeduju enzime b-galaktozidaze osjetljivijih na inhibiciju galaktoze nego enzime koji pripadaju drugim organizmima. Međutim, oni su termostabilni i djeluju u kiselim rasponima pH.

Metabolizam laktoze posredovane tim enzimima u gljivicama dijeli se na izvanstanični i citosolni, budući da ovi organizmi mogu upotrebljavati β-galaktozidazu za hidrolizu laktoze izvanstanično i unositi proizvode u ćelije ili mogu uzeti disaharid izravno i unutarnje ga obrađivati.

Struktura

Enzim bakterijske p-galaktozidaze je tetramerni enzim (od četiri identične podjedinice, AD), a svaki od njegovih monomera ima više od 1000 aminokiselinskih ostataka, što znači molekulsku masu veću od 100 kDa za svaki i više od 400 kDa za složeni protein.

Za razliku od biljaka, enzim je znatno manje i može se naći kao dimer identičnih podjedinica.

Domene svakog monomera razlikuju se brojevima 1 do 5. Domena 3 ima strukturu bačve α / β "TIM" i ima aktivno mjesto na kraju C-kraja cijevi.

Pretpostavlja se da su aktivna mjesta enzimskog kompleksa podijeljena između monomera, tako da je ovaj enzim biološki aktivan samo kada je kompleksiran kao tetramer.

Njegovo aktivno mjesto ima sposobnost vezanja na D-glukozu i D-galaktozu, dva monosaharida koji čine laktozu. Posebno je specifičan za D-galaktozu, ali nije toliko specifičan za glukozu, pa enzim može djelovati i na druge galaktozide.

Značajke

Kod životinja

U crijevima ljudi glavna funkcija ovog enzima odnosi se na apsorpciju laktoze koja se unosi u hranu, jer se nalazi na luminalnoj strani plazma membrane stanica crijeva u obliku četkice.

Nadalje, pokazalo se da lizosomski izoformi ovog enzima sudjeluju u razgradnji mnogih glikolipida, mukopolisaharida i glikoproteina galaktoidiziranih, koji služe u više svrhe u različitim staničnim putovima.

U biljkama

Biljke posjeduju enzime b-galaktozidaze u lišću i sjemenkama. Oni obavljaju važne funkcije u katabolizmu galaktolipida, karakterističnih za alge i biljke uopće.

U tim organizmima β-galaktozidaza sudjeluje u procesima rasta biljaka, dozrijevanja plodova, a u višim biljkama ovo je jedini poznati enzim koji je sposoban hidrolizirati ostatke galaktozila iz galakozidiziranih polisaharida stanične stijenke.

U industriji i istraživanju

U prehrambenoj industriji koja se odnosi na mliječne proizvode, enzim β-galaktozidaza koristi se za kataliziranje hidrolize laktoze prisutne u mliječnim proizvodima, što je odgovorno za mnoge nedostatke povezane sa skladištenjem tih proizvoda.

Hidrolizom ovog šećera nastoji se izbjeći taloženje čestica, kristalizacija smrznutih mliječnih deserta i prisutnost "pjeskovitih" tekstura u većini komercijalnih derivata mlijeka.

P-galaktozidaza koja se industrijski koristi obično se dobiva iz gljivice Aspergillus sp., Iako se široko koristi i enzim koji proizvodi kvasac Kluyveromyces lactis.

Aktivnost β-galaktozidaze, koja se u znanstvenim terminima prevodi kao "fermentacija laktoze", rutinski se ispituje za prepoznavanje gram negativne Enterobacteriaceae prisutne u različitim vrstama uzoraka.

Osim toga, u medicinskom smislu koristi se za proizvodnju mliječnih proizvoda bez laktoze i za formulaciju tableta koje ljudi koji ne podnose laktozu koriste za probavu mlijeka i njegovih derivata (jogurt, sir, sladoled, maslac, kreme itd.), Koristi se kao "biosenzor" ili "biomarker" u različite svrhe, od imunoloških ispitivanja i toksikoloških analiza do analize ekspresije gena i dijagnosticiranja patologija zahvaljujući kemijskoj imobilizaciji ovog enzima na posebnim nosačima.

Reference

1. Henrissat, B., i Daviest, G. (1997). Strukturna i sekvencijalna klasifikacija glikozidnih hidrolaze. Trenutna biologija, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B)-Galaktozidaza. Akademska štampa, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β Galaktozidaze i njihove potencijalne primjene: pregled. Kritički osvrti u biotehnologiji, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW i Huber, RE (2012). LacZ B-galaktozidaza: Struktura i funkcija enzima od povijesne i molekularne biološke važnosti. Protein Science, 21, 1792-1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Senescencija povezana β-galaktozidaza je lizosomalna β-galaktozidaza. Starenje stanica, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Struktura E. coli β-galaktozidaze. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Mehanizmi enzimatske hidrolize glikozida. Trenutno mišljenje o strukturnoj biologiji, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Gray, J., i Stine, C. (1981). Beta-galaktozidaza: pregled nedavnih istraživanja vezanih za tehnološku primjenu, prehrambene probleme i imobilizaciju. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galaktozidaza.