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

Beta galaktozidaza , β-galaktozidaza imenovan tudi β-D-ali galactohydrolase je encim, ki spada v družino hidrolaze sposoben hidrolize glikozil galaktozil ostankov različnih vrst molekul: polimeri, oligosaharidov in sekundarnih metabolitov, med drugim.

Prej znan kot "laktaza", je njegova porazdelitev, kot tudi distribucija oligo- in polisaharidov β-galaktozidov, ki služijo kot njegov substrat, izjemno široka. Najdemo ga v bakterijah, glivah in kvasovkah; v rastlinah je pogost v mandljih, breskvih, marelicah in jabolkah, pri živalih pa je prisoten v organih, kot so želodec in črevesje.

Grafična predstavitev strukture encima B-galaktozidaze (Vir: Jawahar Swaminathan in osebje MSD na Evropskem inštitutu za bioinformatiko prek Wikimedia Commons)

Encima, ki je najbolj preučen, je lac-operon E. coli, ki ga kodira gen lacZ, čigar študije so bile ključne za razumevanje delovanja genetskih operonov in številnih regulativnih vidikov le-teh.

Trenutno spada v skupino najbolje preučenih encimov, njegova najbolj znana funkcija pa je hidroliza glikozidnih vezi laktoze. Izpolnjuje bistvene presnovne funkcije v organizmih, ki ga izražajo, in se uporablja tudi za različne industrijske namene.

Industrijske aplikacije vključujejo odstranjevanje laktoze iz mlečnih izdelkov za ljudi, ki prenašajo laktozo, in proizvodnjo različnih galaktozidatnih spojin. Uporabljajo se tudi za izboljšanje sladkosti, okusa in prebave številnih mlečnih izdelkov.

značilnosti

Poleg galaktoidiziranih substratov, kot je laktoza, večina znanih β-galaktozidaz potrebuje dvovalentne kovinske ione, kot sta magnezij in natrij. To smo dokazali z odkritjem mest vezave teh kovin v njihovi strukturi.

Β-galaktozidaze, prisotne v naravi, imajo široko paleto pH vrednosti, pri katerih lahko delujejo. Gljivični encimi delujejo v kislem okolju (2,5 do 5,4), medtem ko kvasovki in bakterijski encimi delujejo med 6 in 7 enotami pH.

Bakterijske β-galaktozidaze

Bakterije imajo velike galaktohidrolitične encime v primerjavi z drugimi analiziranimi galaktozidazi. V teh organizmih isti encim katalizira tri vrste encimskih reakcij:

- Hidrolizira laktozo v sestavne monosaharide: galaktozo in glukozo.

- Katalizira transgalaktozilacijo laktoze v alolaktozo, disaharidni sladkor, ki sodeluje pri pozitivni uravnavanju izražanja genov, ki pripadajo Lac operonu, eç.

- Hidrolizira alolaktozo na podoben način kot pri laktozi.

Glivične β-galaktozidaze

Glive imajo encime β-galaktozidaze, bolj dovzetne za inhibicijo galaktoze kot encime, ki pripadajo drugim organizmom. Vendar so termostabilne in delujejo v kislem območju pH.

Presnova laktoze, ki jo ti glivi encimi posredujejo v glivah, je razdeljena na zunajcelično in citosolno, saj lahko ti organizmi uporabljajo β-galaktozidazo za hidrolizo laktoze zunajcelično in vnesejo izdelke v celice, lahko pa disaharid sprejmejo neposredno in ga notranje predelajo.

Struktura

Encim bakterijske β-galaktozidaze je tetramerni encim (iz štirih enakih podenot, AD) in vsak njegov monomer ima več kot 1000 aminokislinskih ostankov, kar pomeni molekulsko maso več kot 100 kDa za vsakega in več kot 400 kDa za kompleksni protein.

Pri rastlinah je encim veliko manjši in ga običajno najdemo kot dimer enakih podenot.

Domene vsakega monomera se odlikujejo s številkami od 1 do 5. Domena 3 ima strukturo bakra α / β "TIM" in ima aktivno mesto na C-končnem koncu sode.

Domneva se, da se aktivna mesta encimskega kompleksa delijo med monomere, zato je ta encim biološko aktiven le, če je kompleksen kot tetramer.

Njegovo aktivno mesto se lahko veže na D-glukozo in D-galaktozo, dva monosaharida, ki tvorita laktozo. Posebej je specifičen za D-galaktozo, vendar ni tako specifičen za glukozo, zato lahko encim deluje na druge galaktozide.

Lastnosti

Pri živalih

V črevesju človeka je glavna funkcija tega encima povezana z absorpcijo laktoze, ki jo zaužijemo s hrano, saj se nahaja na luminalni strani plazemske membrane črevesnih celic v obliki krtače.

Poleg tega se je pokazalo, da lizosomske izoforme tega encima sodelujejo pri razgradnji številnih glikolipidov, mukopolisaharidov in galaktoidiziranih glikoproteinov, ki služijo več namenom v različnih celičnih poteh.

V rastlinah

Rastline imajo v listih in semenih encime β-galaktozidaze. Te opravljajo pomembne funkcije pri katabolizmu galaktolipidov, ki so značilne za alge in rastline na splošno.

V teh organizmih β-galaktozidaza sodeluje v procesih rasti rastlin, dozorevanju sadja, pri višjih rastlinah pa je to edini znani encim, ki lahko hidrolizira ostanke galaktozila iz galamidno polisaharidov celične stene.

V industriji in raziskavah

V prehrambeni industriji, povezani z mlečnimi izdelki, se encim β-galaktozidaza uporablja za katalizacijo hidrolize laktoze, prisotne v mlečnih izdelkih, ki je odgovorna za številne pomanjkljivosti, povezane s skladiščenjem teh izdelkov.

S hidrolizo tega sladkorja se želimo izogniti usedanju delcev, kristalizaciji zamrznjenih mlečnih sladic in prisotnosti "peščenih" tekstur v večini komercialnih derivatov mleka.

Β-galaktozidaza, ki se industrijsko uporablja, se običajno pridobiva iz glive Aspergillus sp., Čeprav se encim, ki ga proizvaja kvas Kluyveromyces lactis, tudi pogosto uporablja.

Aktivnost β-galaktozidaze, ki se v znanstvenih izrazih prevede kot "fermentacija laktoze", je rutinsko testirana za prepoznavanje gram negativne Enterobacteriaceae, prisotne v različnih vrstah vzorcev.

Poleg tega se v medicinskem smislu uporablja za proizvodnjo mlečnih izdelkov brez laktoze in za oblikovanje tablet, ki jih laktozni intolerantni ljudje uporabljajo za prebavo mleka in njegovih derivatov (jogurt, sir, sladoled, maslo, kreme itd.) .

Uporablja se kot "biosenzor" ali "biomarker" za različne namene, od imunoloških analiz in toksikoloških analiz do analize genske ekspresije in diagnoze patologij zahvaljujoč kemični imobilizaciji tega encima na posebnih nosilcih.

Reference

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Strukturna in zaporedna klasifikacija glikozidnih hidrolaz. Trenutna biologija, 7, 637–644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B) -galaktozidaza. Academic Press, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β Galaktozidaze in njihove potencialne aplikacije: pregled. Kritični pregledi v biotehnologiji, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, in Huber, RE (2012). LacZ B-galaktozidaza: zgradba in delovanje encima zgodovinskega in molekularno biološkega pomena. Protein Science, 21, 1792-1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Senescence povezana β-galaktozidaza je lizosomska β-galaktozidaza. Starostna celica, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Struktura E. coli β-galaktozidaze. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Mehanizmi encimske hidrolize glikozida. Trenutno mnenje o strukturni biologiji, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Gray, J., & Stine, C. (1981). Beta-galaktozidaza: pregled najnovejših raziskav, povezanih s tehnološko uporabo, prehranskimi težavami in imobilizacijo. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galaktozidaza.