BETA GALAKTOSIDASE: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKSJONER - BIOLOGI - 2025

Den beta galaktosidase , β-galaktosidase også kalt β-D-eller galactohydrolase er et enzym som tilhører familien av hydrolaser som kan hydrolysere glykosyl galaktosyl residier forskjellige typer av molekyler: polymerer, oligosakkarider og sekundære metabolitter, blant andre.

Tidligere kjent som «laktase», dens distribusjon, så vel som for ß-galaktosiderte oligo- og polysakkarider som fungerer som dens underlag, er ekstremt bred. Det finnes i bakterier, sopp og gjær; hos planter er det vanlig i mandler, fersken, aprikoser og epler, og hos dyr er det til stede i organer som mage og tarm.

Grafisk representasjon av strukturen til B-galaktosidase-enzymet (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-ansatte ved European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Det mest studerte enzymet er Lac-operonet fra E. coli, kodet av lacZ-genet, hvis studier har vært nøkkelen til å forstå genetiske operons funksjon og mange regulatoriske aspekter ved dem.

Det tilhører for øyeblikket gruppen av de best studerte enzymer, og dets mest kjente funksjon er hydrolyse av glykosidbindingen til laktose. Det oppfyller viktige metabolske funksjoner i organismer som uttrykker det og brukes også til forskjellige industrielle formål.

Industrielle anvendelser inkluderer fjerning av laktose fra meieriprodukter for laktoseintolerante mennesker og produksjon av forskjellige galaktosidatforbindelser. De brukes også til å forbedre sødmen, smaken og fordøyelsen til mange meieriprodukter.

kjennetegn

I tillegg til galaktosiderte underlag som laktose, krever de fleste av de kjente ß-galaktosidaser toverdige metallioner som magnesium og natrium. Dette har blitt bevist ved oppdagelsen av bindingssteder for disse metaller i deres struktur.

P-galaktosidasene som er til stede i naturen har et bredt utvalg av pH-områder hvor de kan arbeide. Soppenzymene fungerer i sure omgivelser (2,5 til 5,4), mens gjær- og bakterieenzymer fungerer mellom 6 og 7 pH-enheter.

Bakterielle ß-galaktosidaser

Bakterier har store galakto-hydrolytiske enzymer sammenlignet med andre analyserte galaktosidaser. I disse organismer katalyserer det samme enzym tre typer enzymatiske reaksjoner:

- Hydrolyserer laktose til dets konstitutive monosakkarider: galaktose og glukose.

- Det katalyserer transgalaktosylering av laktose til allolaktose, et disakkaridsukker som deltar i den positive reguleringen av uttrykket av genene som hører til Lac operon, eç.

- Hydrolyserer allolaktose på lignende måte som med laktose.

Sopp ß-galaktosidaser

Sopp har ß-galaktosidase-enzymer som er mer utsatt for hemming av galaktose enn enzymer som tilhører andre organismer. Imidlertid er de termostabile og fungerer i sure pH-områder.

Laktosemetabolismen som er mediert av disse enzymene i sopp er delt inn i ekstracellulær og cytosolisk, siden disse organismer kan bruke ß-galaktosidase for å ekstracellulært hydrolysere laktose og introdusere produktene i cellene, eller de kan ta disakkaridet direkte og behandle det internt.

Struktur

Bakteriell ß-galaktosidaseenzym er et tetramerisk enzym (av fire identiske underenheter, AD), og hver av dets monomerer har mer enn 1000 aminosyrerester, noe som betyr en molekylvekt på mer enn 100 kDa for hver og mer enn 400 kDa for det komplekse proteinet.

I planter er derimot enzymet betydelig mindre i størrelse og kan ofte finnes som en dimer av identiske underenheter.

Domenene til hver monomer skilles med tallene 1 til 5. Domenet 3 har en a / ß "TIM" tønnestruktur og har det aktive stedet ved C-terminalen av tønnen.

Det antas at de aktive stedene til enzymkomplekset deles mellom monomerer, så dette enzymet er biologisk aktivt bare når det er kompleksert som en tetramer.

Det aktive stedet har muligheten til å binde seg til D-glukose og D-galaktose, de to monosakkaridene som utgjør laktose. Den er spesielt spesifikk for D-galaktose, men den er ikke så spesifikk for glukose, slik at enzymet kan virke på andre galaktosider.

Egenskaper

Hos dyr

I tarmen til mennesker har hovedfunksjonen til dette enzymet å gjøre med absorpsjonen av laktose inntatt med mat, ettersom det ligger på luminalsiden av plasmamembranen i tarmbørstformede celler.

Videre er det vist at lysosomale isoformer av dette enzymet deltar i nedbrytningen av mange glykolipider, mukopolysakkarider og galaktosiderte glykoproteiner, som tjener flere formål i forskjellige cellulære veier.

I planter

Planter har ß-galaktosidaseenzymer i blader og frø. Disse utfører viktige funksjoner i katabolismen til galaktolipider, som er karakteristiske for alger og planter generelt.

I disse organismer deltar ß-galaktosidase i prosessene med plantevekst, fruktmodning, og i høyere planter er dette det eneste kjente enzymet som er i stand til å hydrolysere galaktosylrester fra de galakosiderte polysakkaridene i celleveggen.

Innen industri og forskning

I næringsmiddelindustrien relatert til meieriprodukter, brukes enzymet ß-galaktosidase for å katalysere hydrolysen av laktose til stede i meieriprodukter, som er ansvarlig for mange av manglene relatert til lagring av disse produktene.

Hydrolysen av dette sukkeret prøver å unngå sedimentering av partikler, krystallisering av frosne melke desserter og tilstedeværelsen av "sandete" teksturer i de fleste kommersielle derivater av melk.

P-galaktosidasen som brukes industrielt er vanligvis oppnådd fra soppen Aspergillus sp., Selv om enzymet produsert av gjæren Kluyveromyces lactis også er mye brukt.

Ss-galaktosidaseaktiviteten, som er oversatt i vitenskapelige termer som "laktosegjæring", blir rutinemessig testet for identifisering av gramnegative Enterobacteriaceae til stede i forskjellige typer prøver.

I tillegg brukes det medisinske termer til produksjon av laktosefrie meieriprodukter og til formulering av tabletter som laktoseintolerante mennesker bruker for å fordøye melk og dets derivater (yoghurt, ost, iskrem, smør, kremer, etc.) .

Den brukes som en "biosensor" eller "biomarkør" til en rekke formål, fra immunanalyser og toksikologiske analyser til analyse av genuttrykk og diagnose av patologier takket være den kjemiske immobiliseringen av dette enzymet på spesielle bærere.

referanser

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Strukturell og sekvensbasert klassifisering av glykosidhydrolaser. Current Biology, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B) -Galaktosidase. Academic Press, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β Galaktosidaser og deres potensielle bruksområder: en gjennomgang. Kritiske anmeldelser i bioteknologi, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012). LacZ B-galactosidase: Struktur og funksjon av et enzym av 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-assosiert ß-galaktosidase er lysosomal ß-galaktosidase. Aldringscelle, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Strukturen til E. coli ß-galaktosidase. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Mekanismer for enzymatisk glykosidhydrolyse. Nåværende mening i strukturell biologi, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Gray, J., & Stine, C. (1981). Beta-Galactosidase: Gjennomgang av nyere undersøkelser relatert til teknologisk anvendelse, ernæringsmessige bekymringer og immobilisering. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galaktosidase.