בטא גלקטוזידאז: מאפיינים, מבנה, פונקציות - ביולוגיה - 2025

ה- Beta galactosidase , β-galactosidase המכונה גם β-D- או galactohydrolase הוא אנזים השייך למשפחת ההידרולזות המסוגלות להידרז את שאריות הגלוקוזיל הגלקטוזיל מסוגים שונים של מולקולות: פולימרים, אוליגוסכרידים ומטבוליטים משניים, בין היתר.

ידוע בעבר בשם "לקטאז", תפוצתו, כמו גם זו של האוליגו- והפוליסכרידים ß-galactosidated המשמשים כמצע, היא רחבה ביותר. הוא נמצא בחיידקים, פטריות ושמרים; בצמחים זה נפוץ בשקדים, אפרסקים, משמשים ותפוחים, ובבעלי חיים הוא קיים באיברים כמו הקיבה והמעיים.

ייצוג גרפי של מבנה האנזים B-galactosidase (מקור: Jawahar Swaminathan וצוות MSD במכון האירופי לביואינפורמטיקה דרך ויקימדיה Commons)

האנזים הנחקר ביותר הוא זה של אופרון לאק של E. coli, המקודד על ידי הגן lacZ, שמחקריו היו המפתח להבנת תפקודם של אופרונים גנטיים והיבטים רגולטוריים רבים בהם.

כיום הוא שייך לקבוצת האנזימים הנחקרים ביותר ותפקידו הידוע ביותר הוא זה של הידרוליזה של הקשרים הגלוקוזידיים של לקטוז. הוא ממלא תפקודים מטבוליים חיוניים באורגניזמים המבטאים אותו ומשמש גם למטרות תעשייתיות שונות.

יישומים תעשייתיים כוללים פינוי לקטוז ממוצרי חלב עבור אנשים חסרי סובלנות ללקטוז וייצור תרכובות גלקטוזידאט שונות. הם משמשים גם לשיפור המתיקות, הטעם והעיכול של מוצרי חלב רבים.

מאפיינים

בנוסף למצעים גלקטוזידיים כמו לקטוז, מרבית ה- ß-galaktosidases הידועים דורשים יוני מתכת דו-ערכיים כמו מגנזיום ונתרן. זה הוכח עם גילוי אתרי קשירה למתכות אלה במבנה שלהם.

ל- ß-galactosidases הקיימים בטבע מגוון רחב של טווחי pH בהם הם יכולים לעבוד. אנזימים פטרייתיים פועלים בסביבות חומציות (2.5 עד 5.4) ואילו אנזימים שמרים וחיידקיים עובדים בין 6 ל 7 יחידות pH.

Ss-galactosidases חיידקים

לחיידקים אנזימים גלקטו-הידרוליטיים גדולים בהשוואה לגלקטוזידאזים אחרים שניתחו. באורגניזמים אלה אותו אנזים מזרז שלושה סוגים של תגובות אנזימטיות:

- הידרוליזה לקטוז למונוסכרידים המכוננים שלו: גלקטוז וגלוקוזה.

- זה מזרז את הטרנסגלקטוזילציה של לקטוז לאלולקטוז, סוכר דיסכרידי שמשתתף בוויסות החיובי של ביטוי הגנים השייכים לאופרון לאק, eç.

- הידרוליזה אלולקטוז באופן דומה לזה של לקטוז.

Ss-galactosidases פטרייתי

לפטריות יש אנזימים ß-galactosidase רגישים יותר לעיכוב באמצעות גלקטוז מאשר אנזימים השייכים לאורגניזמים אחרים. עם זאת, הם תרמוסטטיים ועובדים בטווחי pH חומציים.

חילוף החומרים של לקטוז המתווך על ידי אנזימים אלו בפטריות מחולק לחוץ-תאי וציטוזולי, מכיוון שאורגניזמים אלו יכולים להשתמש ב- ß-galactosidase להידרוז לקטוז באופן תאי ולהכניס את המוצרים לתאים או שהם יכולים לקחת את הדיסכריד ישירות ולעבד אותו באופן פנימי.

מִבְנֶה

אנזים ß-galactosidase בקטריאלי הוא אנזים טטראמרי (של ארבע יחידות משנה זהות, AD) ולכל אחד מה מונומרים שלו יש יותר מאלף שאריות חומצות אמיניות, שמשמעותן משקל מולקולרי של יותר מ 100 kDa לכל אחת ויותר מ- 400 kDa לחלבון המורכב.

לעומת זאת, בצמחים, האנזים קטן במידה ניכרת וניתן למצוא בדרך כלל דימר של יחידות משנה זהות.

התחומים של כל מונומר נבדלים במספרים 1 עד 5. לתחום 3 יש מבנה חבית α / β "TIM" ויש לו את האתר הפעיל בקצה C-terminal של החבית.

יש להניח כי האתרים הפעילים של מתחם האנזים משותפים בין מונומרים, כך שאנזים זה פעיל ביולוגית רק כאשר הוא מורכב כטרטרמר.

לאתר הפעיל שלו יכולת להיקשר ל D- גלוקוז ו- D- גלקטוז, שני המונוסכרידים המרכיבים לקטוז. זה ספציפי במיוחד לגלקטוז D, אך הוא אינו כה ספציפי לגלוקוז, כך שהאנזים יכול לפעול על גלקטוזידים אחרים.

מאפיינים

אצל בעלי חיים

במעי של בני האדם, תפקידו העיקרי של אנזים זה קשור לספיגת הלקטוז שנבלע במזון, מכיוון שהוא נמצא בצד הלומיני של קרום הפלזמה של התאים בצורת מברשת המעי.

יתרה מזאת, הוכחו כי איזו-פורמולות ליזוזומליות של אנזים זה משתתפים בשפלת הגליקוליפידים, המוקופוליסכרידים והגלוקופרוטאינים הגלקטוזידיים, ומשמשים למטרות רבות במסלולי תא שונים.

בצמחים

בצמחים אנזימי ß-galactosidase בעלים וזרעים. אלה מבצעים פונקציות חשובות בקטבוליזם של הגלקטוליפידים, האופייניים לאצות וצמחים בכלל.

באורגניזמים אלה β-galactosidase משתתף בתהליכי גידול הצמחים, הבשלת הפירות, ובצמחים גבוהים יותר זהו האנזים הידוע היחיד שמסוגל להפחית שאריות גלקטוזיל מהפוליסכרידים הגלקוזידים של דופן התא.

בתעשייה ובמחקר

בתעשיית המזון הקשורה למוצרי חלב, משתמשים באנזים ß-galactosidase לזרז את ההידרוליזה של הלקטוז הקיים במוצרי חלב, האחראי לרבים מהליקויים הקשורים לאחסון של מוצרים אלה.

הידרוליזה של סוכר זה מבקשת להימנע משקעים של חלקיקים, התגבשות קינוחי חלב קפואים ונוכחות מרקמים "חוליים" ברוב הנגזרות המסחריות של החלב.

בדרך כלל מתקבל הפטר-גלקטוזידאז המשמש בתעשייה מהפטרת Aspergillus sp., אף כי האנזים המיוצר על ידי השמרים Kluyveromyces lactis נמצא בשימוש נרחב.

פעילות ה- ß-galactosidase, המתורגמת במונחים מדעיים כ"תסיסה לקטוז ", נבדקת באופן שגרתי לזיהוי Enterobacteriaceae שלילי גרם שנמצאים בסוגים שונים של דגימות.

בנוסף, במונחים רפואיים הוא משמש לייצור מוצרי חלב נטולי לקטוז ולניסוח טבליות המשמשות אנשים חסרי סובלנות ללקטוז לעיכול חלב ונגזרותיו (יוגורט, גבינה, גלידה, חמאה, קרמים וכו '). .

הוא משמש כ"סנסור ביולוגי "או כ"סמן ביולוגי" למגוון מטרות, החל מאבחני חיסון וניתוחים טוקסיקולוגיים ועד לניתוח ביטוי גנים ואבחון פתולוגיות בזכות התנעה כימית של אנזים זה על תומכים מיוחדים.

הפניות

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). סיווג מבני ומבוסס על רצף של הידרולאזים גליקוזיד. ביולוגיה נוכחית, 7, 637-644.
2. הובר, ר '(2001). בטא (B) - גלקטוזידאז. עיתונות אקדמית, 212–214.
3. חוסיין, ש. (2010). ß גלקטוזידאזים ויישומיהם הפוטנציאליים: סקירה. ביקורות ביקורתיות בביוטכנולוגיה, 30, 41-62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012). LacZ B-galactosidase: מבנה ותפקוד של אנזים בעל חשיבות ביולוגית היסטורית ומולקולרית. מדע חלבונים, 21, 1792-1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). קשירת ß-galactosidase הקשורה לרפייה היא ליסוזומלית β-galactosidase. תא הזדקנות, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). המבנה של E. coli ß-galactosidase. ביולוגיות CR, 328, 549-556.
7. מקרטר, ג'יי.די וייטרס, SG (1994). מנגנונים של הידרוליזה גליקוזיד אנזימטית. חוות דעת נוכחית בביולוגיה מבנית, 4, 885–892.
8. ריצ'מונד, מ ', גריי, ג'יי, וסטיין, סי (1981). בטא-גלקטוזידאז: סקירה של מחקרים עדכניים הקשורים ליישום טכנולוגי, דאגות תזונתיות ונטילת תנועה. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-Galactosidase.