BETA GALACTOSIDASE: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den beta galactosidase, β-galactosidase også kaldet β-D-eller galactohydrolase er et enzym, der tilhører familien af hydrolaser kan hydrolyseres glycosyl galactosylrester forskellige typer molekyler: polymerer, oligosaccharider og sekundære metabolitter, blandt andre.

Tidligere kendt som "lactase", dens fordeling såvel som for de ß-galaktosiderede oligo- og polysaccharider, der tjener som et substrat, er ekstremt bred. Det findes i bakterier, svampe og gær; hos planter er det almindeligt i mandler, ferskner, abrikoser og æbler, og hos dyr er det til stede i organer som mave og tarme.

Grafisk repræsentation af strukturen af ​​B-galactosidase-enzymet (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-personale ved Det Europæiske Bioinformatikinstitut via Wikimedia Commons)

Det mest studerede enzym er Lac-operonet fra E. coli, kodet af lacZ-genet, hvis studier har været nøglen til at forstå genetiske operons funktion og mange regulatoriske aspekter af dem.

Det hører i øjeblikket til gruppen af ​​de bedst studerede enzymer, og dets mest kendte funktion er hydrolyse af de glykosidiske bindinger af lactose. Det udfører væsentlige metaboliske funktioner i de organismer, der udtrykker det, og bruges også til forskellige industrielle formål.

Industrielle anvendelser inkluderer fjernelse af lactose fra mejeriprodukter til laktoseintolerante mennesker og produktion af forskellige galactosidatforbindelser. De bruges også til at forbedre sødme, smag og fordøjelse af mange mejeriprodukter.

egenskaber

Foruden galaktosiderede substrater, såsom lactose, kræver de fleste af de kendte ß-galactosidaser divalente metalioner, såsom magnesium og natrium. Dette er blevet bevist med opdagelsen af ​​bindingssteder for disse metaller i deres struktur.

De ß-galactosidaser, der findes i naturen, har en bred vifte af pH-intervaller, hvor de kan arbejde. Svampeenzymer fungerer i sure miljøer (2,5 til 5,4), mens gær- og bakterieenzymer fungerer mellem 6 og 7 pH-enheder.

Bakterielle ß-galactosidaser

Bakterier har store galaktohydrolytiske enzymer sammenlignet med andre analyserede galactosidaser. I disse organismer katalyserer det samme enzym tre typer enzymatiske reaktioner:

- Hydrolyserer lactose til dets konstitutive monosaccharider: galactose og glukose.

- Det katalyserer transgalactosylering af lactose til allolactose, et disaccharidsukker, der deltager i den positive regulering af ekspressionen af ​​generne, der tilhører Lac operon, eç.

- Hydrolyserer allolactose på en lignende måde som med lactose.

Svampe ß-galactosidaser

Svampe har ß-galactosidase-enzymer, der er mere modtagelige for hæmning af galactose end enzymer, der hører til andre organismer. De er imidlertid termostabile og fungerer i sure pH-intervaller.

Metabolismen af ​​lactose medieret af disse enzymer i svampe er opdelt i ekstracellulær og cytosolisk, da disse organismer kan bruge ß-galactosidase til at hydrolysere lactose ekstracellulært og introducere produkterne i cellerne, eller de kan tage disaccharidet direkte og behandle det internt.

Struktur

Det bakterielle ß-galactosidaseenzym er et tetramerisk enzym (af fire identiske underenheder, AD), og hver af dets monomerer har mere end 1.000 aminosyrerester, hvilket betyder en molekylvægt på mere end 100 kDa for hver og mere end 400 kDa for det komplekse protein.

I planter er enzymet derimod betydeligt mindre i størrelse og kan ofte findes som en dimer af identiske underenheder.

Domænerne for hver monomer adskilles med numrene 1 til 5. Domæne 3 har en a / ß "TIM" tønde-struktur og har det aktive sted ved den C-terminale ende af tønden.

Det antages, at de aktive steder i enzymkomplekset deles mellem monomerer, så dette enzym er kun biologisk aktivt, når det er komplekseret som en tetramer.

Dets aktive sted har evnen til at binde til D-glucose og D-galactose, de to monosaccharider, der udgør lactose. Det er især specifikt for D-galactose, men det er ikke så specifikt for glukose, så enzymet kan virke på andre galactosider.

Funktioner

Hos dyr

I tarmen hos mennesker har dette enzyms hovedfunktion at gøre med absorptionen af ​​lactose indtaget med mad, da det er placeret på luminalsiden af ​​plasmamembranen i tarmbørsteformede celler.

Endvidere har lysosomale isoformer af dette enzym vist sig at deltage i nedbrydningen af ​​mange glycolipider, mucopolysaccharider og galactosiderede glycoproteiner, der tjener flere formål i forskellige cellulære veje.

I planter

Planter har ß-galactosidase-enzymer i blade og frø. Disse udfører vigtige funktioner i katabolismen af ​​galactolipider, som er karakteristiske for alger og planter generelt.

I disse organismer deltager ß-galactosidase i processerne med plantevækst, frugtmodning og i højere planter er dette det eneste kendte enzym, der er i stand til at hydrolysere galactosylrester fra de galacosiderede polysaccharider i cellevæggen.

Inden for industri og forskning

I fødevareindustrien relateret til mejeriprodukter bruges enzymet ß-galactosidase til at katalysere hydrolysen af ​​laktose, der er til stede i mejeriprodukter, hvilket er ansvarlig for mange af de mangler, der er forbundet med opbevaring af disse produkter.

Hydrolysen af ​​dette sukker søger at undgå sedimentering af partikler, krystallisation af frosne mejeriedesserter og tilstedeværelsen af ​​"sandede" strukturer i de fleste af de kommercielle derivater af mælk.

Den ß-galactosidase, der bruges industrielt, fås almindeligvis fra svampen Aspergillus sp., Skønt enzymet produceret af gæren Kluyveromyces lactis også er vidt brugt.

Ss-galactosidaseaktiviteten, som er oversat i videnskabelige termer som "lactosegæring", testes rutinemæssigt for identifikation af gramnegative Enterobacteriaceae til stede i forskellige typer prøver.

Desuden bruges det medicinsk set til produktion af laktosefrie mejeriprodukter og til formulering af tabletter, som laktoseintolerante mennesker bruger til at fordøje mælk og dens derivater (yoghurt, ost, is, smør, cremer osv.).

Det bruges som en "biosensor" eller "biomarkør" til forskellige formål, fra immunoassays og toksikologiske analyser til analyse af genekspression og diagnose af patologier takket være den kemiske immobilisering af dette enzym på specielle understøtninger.

Referencer

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Strukturel og sekvensbaseret klassificering af glycosidhydrolaser. Aktuel biologi, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B) -Galactosidase. Academic Press, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). ß Galactosidaser og deres potentielle anvendelser: en gennemgang. Kritiske anmeldelser inden for bioteknologi, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012). LacZ B-galactosidase: Struktur og funktion af et enzym af historisk og molekylær biologisk betydning. Protein Science, 21, 1792-1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Senescence-associeret ß-galactosidase er lysosomal ß-galactosidase. Aldringscelle, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Strukturen af ​​E. coli ß-galactosidase. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Mekanismer til enzymatisk glycosidhydrolyse. Aktuel udtalelse i strukturbiologi, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Gray, J., & Stine, C. (1981). Beta-Galactosidase: Gennemgang af nyere forskning i forbindelse med teknologisk anvendelse, ernæringsmæssige bekymringer og immobilisering. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galactosidase.