BETA GALAKTOZIDÁZA: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Beta galaktozidáza , β-galaktozidáza tiež nazývaný β-D-alebo galactohydrolase je enzým, ktorý patrí do rodiny hydroláz schopná hydrolyzovať glykozyl galaktosylové zvyšky rôznych typov molekúl: polymérov, oligosacharidov a sekundárnych metabolitov, medzi ostatnými.

Doteraz známa ako "laktáza", jej distribúcia, ako aj distribúcia p-galaktozidovaných oligo- a polysacharidov, ktoré slúžia ako substrát, je extrémne široká. Nachádza sa v baktériách, hubách a kvasinkách; v rastlinách je bežný u mandlí, broskýň, marhúľ a jabĺk a u zvierat je prítomný v orgánoch, ako je žalúdok a črevá.

Grafické znázornenie štruktúry enzýmu B-galaktozidázy (Zdroj: Zamestnanci Jawahara Swaminathana a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)

Najštudovanejším enzýmom je enzým Lac operónu z E. coli, kódovaný génom lacZ, ktorého štúdie boli kľúčom k pochopeniu fungovania genetických operónov a mnohých ich regulačných aspektov.

V súčasnosti patrí do skupiny najlepších študovaných enzýmov a jej najznámejšou funkciou je hydrolýza glykozidických väzieb laktózy. Plní základné metabolické funkcie v organizmoch, ktoré ich exprimujú, a používa sa aj na rôzne priemyselné účely.

Priemyselné aplikácie zahŕňajú odstránenie laktózy z mliečnych výrobkov pre ľudí trpiacich intoleranciou laktózy a výrobu rôznych galaktozidátových zlúčenín. Používajú sa tiež na zlepšenie sladkosti, chuti a trávenia mnohých mliečnych výrobkov.

vlastnosti

Okrem galaktozidovaných substrátov, ako je laktóza, väčšina známych p-galaktozidáz vyžaduje ióny dvojmocných kovov, ako je horčík a sodík. Bolo to dokázané objavom väzobných miest pre tieto kovy v ich štruktúre.

P-galaktozidázy prítomné v prírode majú širokú škálu rozsahov pH, v ktorých môžu pôsobiť. Plesňové enzýmy fungujú v kyslom prostredí (2,5 až 5,4), zatiaľ čo kvasinkové a bakteriálne enzýmy fungujú medzi 6 a 7 jednotkami pH.

Bakteriálne P-galaktozidázy

Baktérie majú v porovnaní s inými analyzovanými galaktozidázami veľké galaktohydrolytické enzýmy. V týchto organizmoch ten istý enzým katalyzuje tri typy enzymatických reakcií:

- Hydrolyzuje laktózu na svoje konštitutívne monosacharidy: galaktózu a glukózu.

- Katalyzuje transgalaktozyláciu laktózy na allolaktózu, disacharidový cukor, ktorý sa podieľa na pozitívnej regulácii expresie génov patriacich k Lac operónu, napr.

- Hydrolyzuje allolaktózu podobným spôsobom ako pri laktóze.

Fungálne p-galaktozidázy

Huby majú enzýmy β-galaktozidázy náchylnejšie na inhibíciu galaktózou ako enzýmy patriace iným organizmom. Sú však termostabilné a pôsobia v kyslom rozmedzí pH.

Metabolizmus laktózy sprostredkovaný týmito enzýmami v hubách je rozdelený na extracelulárny a cytosolický, pretože tieto organizmy môžu použiť β-galaktozidázu na hydrolýzu laktózy extracelulárne a na zavádzanie produktov do buniek alebo môžu priamo prijímať disacharidy a interne ich spracovať.

štruktúra

Bakteriálny β-galaktozidázový enzým je tetramerický enzým (štyroch rovnakých podjednotiek, AD) a každý z jeho monomérov má viac ako 1 000 aminokyselinových zvyškov, čo znamená molekulovú hmotnosť vyššiu ako 100 kDa pre každú a viac ako 400 kDa pre komplexovaný proteín.

Naproti tomu v rastlinách je enzým značne menší a môže sa bežne vyskytovať ako dimér identických podjednotiek.

Domény každého monoméru sú rozlíšené číslami 1 až 5. Doména 3 má štruktúru a / P "TIM" hlavne a má aktívne miesto na C-terminálnom konci hlavne.

Predpokladá sa, že aktívne miesta enzýmového komplexu sú zdieľané medzi monomérmi, takže tento enzým je biologicky aktívny iba vtedy, keď je komplexovaný ako tetramér.

Jeho aktívne miesto má schopnosť viazať sa na D-glukózu a D-galaktózu, dva monosacharidy, ktoré tvoria laktózu. Je špecifický najmä pre D-galaktózu, ale nie je tak špecifický pre glukózu, takže enzým môže pôsobiť na iné galaktozidy.

Vlastnosti

U zvierat

V čreve človeka má hlavná funkcia tohto enzýmu absorpciu laktózy požitej s jedlom, pretože sa nachádza na luminálnej strane plazmatickej membrány buniek v tvare kefy v čreve.

Ďalej sa ukázalo, že lyzozomálne izoformy tohto enzýmu sa podieľajú na degradácii mnohých glykolipidov, mukopolysacharidov a galaktozidovaných glykoproteínov, ktoré slúžia na rôzne účely v rôznych bunkových dráhach.

V rastlinách

Rastliny majú v listoch a semenách enzýmy β-galaktozidázy. Tieto plnia dôležité funkcie pri katabolizme galaktolipidov, ktoré sú všeobecne charakteristické pre riasy a rastliny.

V týchto organizmoch sa p-galaktozidáza podieľa na procesoch rastu rastlín, dozrievania plodov a vo vyšších rastlinách je to jediný známy enzým schopný hydrolyzovať galaktozylové zvyšky z galakozidovaných polysacharidov bunkovej steny.

V priemysle a výskume

V potravinárskom priemysle súvisiacom s mliečnymi výrobkami sa enzým P-galaktozidáza používa na katalyzovanie hydrolýzy laktózy prítomnej v mliečnych výrobkoch, ktorá je zodpovedná za mnohé z defektov spojených so skladovaním týchto výrobkov.

Hydrolýza tohto cukru sa snaží zabrániť sedimentácii častíc, kryštalizácii mrazených mliečnych dezertov a prítomnosti „piesočnatých“ textúr vo väčšine komerčných derivátov mlieka.

Priemyselne používaná p-galaktozidáza sa bežne získava z huby Aspergillus sp., Aj keď sa v širokej miere používa aj enzým produkovaný kvasinkami Kluyveromyces lactis.

P-galaktozidázová aktivita, ktorá sa vedecky prekladá ako "fermentácia laktózy", sa rutinne testuje na identifikáciu gramnegatívnych Enterobacteriaceae prítomných v rôznych typoch vzoriek.

Okrem toho sa z lekárskeho hľadiska používa na výrobu mliečnych výrobkov neobsahujúcich laktózu a na prípravu tabliet, ktoré ľudia s intoleranciou laktózy používajú na trávenie mlieka a jeho derivátov (jogurt, syr, zmrzlina, maslo, krémy atď.) ,

Používa sa ako „biosenzor“ alebo „biomarker“ na rôzne účely, od imunotestov a toxikologických analýz až po analýzu génovej expresie a diagnostiku patológií vďaka chemickej imobilizácii tohto enzýmu na špeciálnych nosičoch.

Referencie

1. Henrissat, B. a Daviest, G. (1997). Štrukturálna a sekvenčná klasifikácia glykozidových hydroláz. Current Biology, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B) -alaktozidáza. Academic Press, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β Galaktozidázy a ich potenciálne aplikácie: prehľad. Critical Reviews in Biotechnology, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW a Huber, RE (2012). LacZ B-galaktozidáza: Štruktúra a funkcia enzýmu historického a molekulárneho biologického významu. Protein Science, 21, 1792 - 1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C., … Hwang, ES (2006). P-galaktozidáza spojená so senescenciou je lyzozomálna p-galaktozidáza. Aging Cell, 5, 187 - 195.
6. Matthews, BW (2005). Štruktúra p-galaktozidázy z E. coli. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, and Withers, SG (1994). Mechanizmy enzymatickej hydrolýzy glykozidov. Aktuálne stanovisko v Struct Biology, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Gray, J., a Stine, C. (1981). Beta-galaktozidáza: prehľad najnovšieho výskumu v oblasti technologických aplikácií, výživových obav a imobilizácie. J Dairy Sci, 64, 1759 - 1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galaktozidázy.