BÉTA GALAKTOZIDÁZ: JELLEMZŐK, SZERKEZET, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

A béta-galaktozidáz, β-galaktozidáz, más néven β-D-vagy galaktohidro-láz egy olyan enzim, amely a hidrolázok családjába tartozik, amely képes különféle típusú molekulák glikozil-galaktozii-csoportjainak hidrolízisére: polimerek, oligoszacharidok és másodlagos metabolitok.

A korábban "laktáz" néven ismert, eloszlása, valamint a szubsztrátként szolgáló β-galaktozidált oligo- és poliszacharidok eloszlása ​​rendkívül széles. A baktériumokban, gombákban és élesztőkben található; a növényekben gyakori az mandula, az őszibarack, a sárgabarack és az alma, az állatokban pedig a szervekben, például a gyomorban és a belekben fordul elő.

A B-galaktozidáz enzim szerkezetének grafikus ábrázolása (Forrás: Jawahar Swaminathan és az MSD munkatársai az Európai Bioinformatikai Intézetben a Wikimedia Commons segítségével)

A leginkább tanulmányozott enzim az E. coli Lac operonjának enzimje, amelyet a lacZ gén kódol. A kutatások kulcsszerepet játszottak a genetikai operonok működésének és ezek sok szabályozási szempontjának megértésében.

Jelenleg a legjobban vizsgált enzimek csoportjába tartozik, és legismertebb funkciója a laktóz glikozidkötéseinek hidrolízise. Feldolgozza az alapvető anyagcsere-funkciókat az azt kifejező szervezetekben, és különféle ipari célokra is felhasználják.

Az ipari alkalmazások magukban foglalják a laktóz eltávolítását a tejtermékekből laktóz intoleranciájú emberek számára és különféle galaktozidát vegyületek előállítását. Számos tejtermék édességének, ízének és emésztésének javítására is felhasználják őket.

jellemzők

A galaktozidált szubsztrátok, például a laktóz mellett, az ismert β-galaktozidázok többsége kétértékű fémionokra, például magnéziumra és nátriumra van szükség. Ezt bebizonyították a fémek kötőhelyeinek felfedezésével szerkezetükben.

A természetben jelen levő β-galaktozidázok pH-tartománya sokféleségű, amelyeken működni tudnak. A gombás enzimek savas környezetben (2,5–5,4) működnek, míg az élesztő és a baktérium enzimek 6–7 pH egység között működnek.

Bakteriális β-galaktozidázok

A baktériumok nagy galakto-hidrolitikus enzimekkel rendelkeznek, összehasonlítva más elemzett galaktozidázokkal. Ezekben a szervezetekben ugyanaz az enzim háromféle enzimatikus reakciót katalizál:

- A laktózt hidrolizálja konstitutív monoszacharidjaivá: galaktóz és glükóz.

- Katalizálja a laktóz transzgalaktozilezését allolaktózra, egy diszacharid-cukorra, amely részt vesz a Lac operon, eç gének expressziójának pozitív szabályozásában.

- Az allolaktózt ugyanúgy hidrolizálja, mint a laktózt.

Gomba β-galaktozidázok

A gombák β-galaktozidáz enzimekkel szemben érzékenyebbek a galaktóz gátlására, mint más szervezetekhez tartozó enzimek. Ezek azonban hőstabilok és savas pH-tartományban működnek.

Ezeknek az enzimeknek a gombák által közvetített laktóz-metabolizmusát extracelluláris és citoszolosokra osztják, mivel ezek az organizmusok β-galaktozidázt használhatnak a laktóz extracelluláris hidrolizálására és a termékek bejuttatására a sejtekbe, vagy pedig közvetlenül a diszacharidot felvehetik és belsőleg feldolgozhatják.

Szerkezet

A bakteriális β-galaktozidáz enzim egy tetramer enzim (négy azonos alegység, AD), és minden monomerje több mint 1000 aminosavmaradékkal rendelkezik, ami azt jelenti, hogy molekulatömege meghaladja a 100 kDa-t, és több mint 400 kDa a komplexált fehérje számára.

Ezzel szemben a növényekben az enzim mérete lényegesen kisebb, és általában azonos alegységek dimerjeként található meg.

Az egyes monomerek doménjeit az 1 és 5 számok különböztetik meg. A 3. doménnek α / β "TIM" hordószerkezete van, és az aktív hely a hordó C-terminális végén van.

Feltételezzük, hogy az enzimkomplex aktív helyei megoszlanak a monomerek között, tehát ez az enzim csak akkor biológiailag aktív, ha tetramerként komplexedik.

Aktív helye képes megkötni a D-glükózt és a D-galaktózt, a két laktózt alkotó monoszacharidot. Különösen specifikus a D-galaktozra, de nem olyan specifikus a glükózra, tehát az enzim más galaktozidokra is hathat.

Jellemzők

Állatokban

Az emberek bélében ennek az enzimnek a fő funkciója az étkezés közben bevett laktóz felszívódása, mivel az a bélkefe alakú sejtek plazmamembránjának luminalis oldalán helyezkedik el.

Ezen túlmenően kimutatták, hogy ennek az enzimnek a lizoszomális izoformái számos glikolipid, mukopoliszacharid és galaktozidált glikoprotein lebomlásában vesznek részt, többféle célra szolgálva különböző sejtútvonalakban.

Növényekben

A növényekben β-galaktozidáz enzimek vannak a levelekben és a magokban. Ezek fontos funkciókat látnak el a galaktolipidek katabolizmusában, amelyek az algákra és a növényekre általában jellemzőek.

Ezekben a szervezetekben a β-galaktozidáz részt vesz a növénynövekedésben, a gyümölcs érésében, és magasabb növényekben ez az egyetlen ismert enzim, amely képes a galaktozilmaradványokat hidrolizálni a sejtfal galaktozidált poliszacharidjaiból.

Iparban és kutatásban

A tejtermékekkel kapcsolatos élelmiszeriparban a β-galaktozidáz enzimet arra használják, hogy katalizálja a tejtermékekben jelenlévő laktóz hidrolízisét, amely felelős az ezen termékek tárolásával kapcsolatos sok hibáért.

Ennek a cukornak a hidrolízisével elkerülhető a részecskék ülepedése, a fagyasztott tejszínes desszertek kristályosodása és "homokos" textúrák jelenléte a tej legtöbb kereskedelmi származékában.

Az iparilag használt β-galaktozidázt általában az Aspergillus sp. Gombaból nyerik, bár a Kluyveromyces lactis élesztő által termelt enzimet szintén széles körben használják.

A β-galaktozidáz aktivitást, amelyet tudományos szempontból "laktóz fermentációnak" fordítanak, rutinszerűen tesztelik a különféle típusú mintákban jelen lévő gram-negatív enterobaktériumok azonosítása céljából.

Ezenkívül orvosi szempontból laktózmentes tejtermékek előállítására és olyan tabletták készítésére használják, amelyeket a laktóz-intoleranciájú emberek tej és származékai (joghurt, sajt, fagylalt, vaj, krémek stb.) Emésztésére használnak..

"Bioszenzorként" vagy "biomarkerként" használják különféle célokra, az immunoassayoktól és a toxikológiai analízisektől a génexpresszió elemzéséig és a patológiák diagnosztizálásáig, ennek az enzimnek a speciális hordozón történő kémiai immobilizálása révén.

Irodalom

1. Henrissat, B. és Daviest, G. (1997). A glikozid-hidrolázok szerkezeti és szekvencia-alapú osztályozása. Current Biology, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Béta (B) -galaktozidáz. Academic Press, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β galaktozidázok és lehetséges alkalmazásuk: áttekintés. Kritikus áttekintés a biotechnológiában, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW és Huber, RE (2012). LacZ B-galaktozidáz: Történeti és molekuláris biológiai jelentőségű enzim felépítése és funkciója. Protein Science, 17, 1792-1807 (21).
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Az érzésesítéshez kapcsolódó β-galaktozidáz lizoszomális β-galaktozidáz. Aging Cell, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Az E. coli β-galaktozidáz szerkezete. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD és Withers, SG (1994). Az enzimatikus glikozid-hidrolízis mechanizmusai. Jelenlegi vélemény a strukturális biológiában, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Grey, J., & Stine, C., (1981). Béta-galaktozidáz: A legújabb kutatások áttekintése a technológiai alkalmazással, táplálkozási aggályokkal és immobilizációval kapcsolatban. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galaktozidáz.