БЕТА ГАЛАКТОЗИДАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В бета галактозидаза, Р-галактозидаза също наречен β-D-или galactohydrolase е ензим, принадлежащ към семейството на хидролази способни хидролизиране гликозил галактозил остатъци различни видове молекули: полимери, олигозахариди и вторични метаболити, между другото.

По-рано известна като "лактаза", нейното разпространение, както и разпределението на β-галактозидирани олиго- и полизахариди, които служат за субстрат, е изключително широко. Намира се в бактерии, гъбички и дрожди; при растенията се среща често при бадеми, праскови, кайсии и ябълки, а при животни присъства в органи като стомаха и червата.

Графично представяне на структурата на ензима В-галактозидаза (Източник: Jawahar Swaminathan и MSD служители на Европейския институт по биоинформатика чрез Wikimedia Commons)

Най-изучаваният ензим е този на Lac оперона на E. coli, кодиран от гена lacZ, чиито изследвания са били ключови за разбирането на функционирането на генетичните оперони и много регулаторни аспекти на тях.

В момента той принадлежи към групата на най-добре проучените ензими и най-известната му функция е тази на хидролизата на гликозидните връзки на лактозата. Той изпълнява основните метаболитни функции в организмите, които го изразяват, а също така се използва за различни промишлени цели.

Промишлените приложения включват отстраняване на лактоза от млечни продукти за хора с непоносимост към лактоза и получаване на различни галактозидатни съединения. Те се използват и за подобряване на сладостта, аромата и храносмилането на много млечни продукти.

характеристики

В допълнение към галактозидирани субстрати като лактоза, повечето от известните β-галактозидази се нуждаят от двувалентни метални йони като магнезий и натрий. Това е доказано с откриването на места за свързване на тези метали в тяхната структура.

Β-галактозидазите, присъстващи в природата, имат голямо разнообразие от диапазони на pH, при които могат да работят. Гъбичните ензими работят в кисела среда (2,5 до 5,4), докато дрождите и бактериалните ензими работят между 6 и 7 pH единици.

Бактериални β-галактозидази

Бактериите имат големи галактохидролитични ензими в сравнение с други анализирани галактозидази. В тези организми един и същ ензим катализира три типа ензимни реакции:

- Хидролизира лактозата до съставните си монозахариди: галактоза и глюкоза.

- Той катализира трансгалактозилирането на лактозата до алолактоза, захарна киселина, която участва в положителната регулация на експресията на гените, принадлежащи към оперона на Lac, eç.

- Хидролизира алолактозата по подобен начин, както при лактозата.

Гъбични β-галактозидази

Гъбичките притежават ензими на β-галактозидаза, по-податливи на инхибиране от галактоза, отколкото ензими, принадлежащи на други организми. Те обаче са термостабилни и работят в кисели диапазони на pH.

Метаболизмът на лактозата, медиирана от тези ензими в гъбичките, се разделя на извънклетъчна и цитозолна, тъй като тези организми могат да използват β-галактозидаза, за да хидролизират лактозата извънклетъчно и да въвеждат продуктите в клетките, или те могат да поемат дисахарида директно и да го обработват вътрешно.

структура

Ензимът на бактериална β-галактозидаза е тетрамерен ензим (от четири еднакви субединици, AD) и всеки от нейните мономери има повече от 1000 остатъци от аминокиселини, което означава молекулно тегло над 100 kDa за всеки и повече от 400 kDa за комплексния протеин.

За разлика от растенията, ензимът е значително по-малък по размер и обикновено може да се намери като димер на идентични субединици.

Домените на всеки мономер се отличават с числата 1 до 5. Домен 3 има структура на барел α / β "TIM" и има активното място в С-крайния край на цевта.

Предполага се, че активните места на ензимния комплекс се споделят между мономери, така че този ензим е биологично активен само когато е комплексиран като тетрамер.

Активното му място има способността да се свързва с D-глюкоза и D-галактоза, двата монозахарида, които съставляват лактозата. Той е особено специфичен за D-галактоза, но не е толкова специфичен за глюкозата, така че ензимът може да действа върху други галактозиди.

Характеристика

При животни

В червата на човека основната функция на този ензим е свързана с усвояването на лактозата, погълната от храната, тъй като се намира от луминалната страна на плазмената мембрана на чревните клетки с форма на четка.

Освен това е показано, че лизозомните изоформи на този ензим участват в разграждането на много гликолипиди, мукополизахариди и галактозидирани гликопротеини, служещи за множество цели в различни клетъчни пътища.

В растенията

Растенията притежават β-галактозидаза ензими в листата и семената. Те изпълняват важни функции в катаболизма на галактолипидите, които са характерни за водораслите и растенията като цяло.

В тези организми β-галактозидаза участва в процесите на растеж на растенията, узряване на плодовете и при по-високите растения това е единственият известен ензим, способен да хидролизира галактозилови остатъци от галакозидираните полизахариди на клетъчната стена.

В промишлеността и научните изследвания

В хранителната промишленост, свързана с млечните продукти, ензимът β-галактозидаза се използва за катализиране на хидролизата на лактозата, присъстваща в млечните продукти, което е отговорно за много от дефектите, свързани със съхранението на тези продукти.

Хидролизата на тази захар се стреми да избегне утаяването на частиците, кристализацията на замразени млечни десерти и наличието на "пясъчни" текстури в повечето търговски деривати на млякото.

Β-галактозидазата, която се използва индустриално, обикновено се получава от гъбата Aspergillus sp., Въпреки че ензимът, произведен от дрождите Kluyveromyces lactis, също се използва широко.

Активността на β-галактозидаза, която се превежда научно като „лактозна ферментация“, се тества рутинно за идентифициране на грам-отрицателни Enterobacteriaceae, присъстващи в различни видове проби.

Освен това в медицинско отношение се използва за производството на млечни продукти без лактоза и за приготвяне на таблетки, които хората с непоносимост към лактоза използват за усвояване на мляко и неговите производни (кисело мляко, сирене, сладолед, масло, кремове и др.), Използва се като "биосензор" или "биомаркер" за най-различни цели, от имуноанализи и токсикологични анализи до анализ на генна експресия и диагностика на патологии благодарение на химичното обездвижване на този ензим върху специални носители.

Препратки

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Структурна и базирана на последователността класификация на гликозидни хидролази. Текуща биология, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Бета (В) -Галактозидаза. Академична преса, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β Галактозидази и техните потенциални приложения: преглед. Критични рецензии в биотехнологиите, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012). LacZ В-галактозидаза: Структура и функция на ензим с историческо и молекулярно биологично значение. Protein Science, 21, 1792-1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Свързана със стареенето β -галактозидаза е лизозомална Р-галактозидаза. Клетка за стареене, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Структурата на Е. coli β-галактозидаза. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Механизми на ензимна гликозидна хидролиза. Настоящо мнение в структурната биология, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Grey, J., & Stine, C. (1981). Бета-галактозидаза: Преглед на последните изследвания, свързани с технологичното приложение, хранителните проблеми и обездвижването. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). В-галактозидазата.