БЕТА-ГАЛАКТОЗИДАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Бета - галактозидаза , β-галактозидаза також називають β-D-або galactohydrolase є фермент , що належить до сімейства гидролаз , здатних гідролізувати глікозільниє галактози залишки різних типів молекул: полімери, олигосахаридов і вторинних метаболітів, серед інших.

Раніше відомий як "лактаза", її розподіл, а також оліго- та полісахариди β-галактозидів, які служать субстратом, надзвичайно широкий. Він міститься в бактеріях, грибах, дріжджах; у рослинах поширений у мигдалі, персиках, абрикосах та яблуках, а у тварин він присутній в таких органах, як шлунок та кишечник.

Графічне зображення структури ферменту В-галактозидази (Джерело: Джавахар Свамінанатан та співробітники МСД в Європейському інституті біоінформатики через Wikimedia Commons)

Найбільш вивчений фермент - це оперон Lac кишкової палички, кодований геном lacZ, дослідження якого були ключовими для розуміння функціонування генетичних оперонів та багатьох регуляторних аспектів.

В даний час він належить до групи найбільш вивчених ферментів, і його найвідомішою функцією є гідроліз глікозидних зв'язків лактози. Він виконує основні метаболічні функції в організмах, які його виражають, а також використовується для різних промислових цілей.

Промислове застосування включає вилучення лактози з молочних продуктів для людей з непереносимістю лактози та отримання різних галактозидатних сполук. Вони також використовуються для поліпшення солодкості, аромату та перетравлення багатьох молочних продуктів.

характеристики

Крім галактозидованих субстратів, таких як лактоза, більшість відомих β-галактозидаз потребують двовалентних іонів металів, таких як магній та натрій. Це було доведено завдяки виявленню в їх структурі сайтів зв’язування цих металів.

Β-галактозидази, наявні в природі, мають найрізноманітніші діапазони рН, при яких вони можуть працювати. Грибкові ферменти працюють у кислих середовищах (від 2,5 до 5,4), тоді як дріжджові та бактеріальні ферменти працюють від 6 до 7 одиниць pH.

Бактеріальні β-галактозидази

Бактерії мають великі галактогідролітичні ферменти порівняно з іншими аналізованими галактозидазами. У цих організмах один і той же фермент каталізує три типи ферментативних реакцій:

- Гідролізує лактозу до її складових моносахаридів: галактози та глюкози.

- Він каталізує трансгалактосиляцію лактози до алолактози, дисахаридного цукру, який бере участь у позитивній регуляції експресії генів, що належать оперону Лак, еч.

- Гідролізує алолактозу аналогічно, як це стосується лактози.

Грибкові β-галактозидази

Гриби мають ферменти β-галактозидази, більш чутливі до гальмування галактозою, ніж ферменти, що належать до інших організмів. Однак вони термостабільні і працюють в кислому діапазоні рН.

Метаболізм лактози, опосередкований цими ферментами у грибах, поділяється на позаклітинний та цитозольний, оскільки ці організми можуть використовувати β-галактозидазу для гідролізу лактози позаклітинно і впроваджувати продукти в клітини, або вони можуть приймати дисахарид безпосередньо та обробляти його внутрішньо.

Будова

Бактеріальний фермент β-галактозидази - це тетрамерний фермент (з чотирьох однакових субодиниць, н.е.), і кожен з його мономерів має понад 1000 амінокислотних залишків, що означає молекулярну масу понад 100 кДа для кожного та понад 400 кДа для комплексного білка.

У рослин, навпаки, фермент значно менший за розміром і його зазвичай можна зустріти як димер однакових субодиниць.

Домени кожного мономеру відрізняються цифрами від 1 до 5. Домен 3 має структуру ствола α / β "TIM" і має активне місце на С-кінцевому кінці ствола.

Передбачається, що активні ділянки ферментного комплексу діляться між мономерами, тому цей фермент є біологічно активним лише тоді, коли він комплексований як тетрамер.

Його активний сайт має здатність зв'язуватися з D-глюкозою та D-галактозою, двома моносахаридами, що складають лактозу. Він особливо специфічний для D-галактози, але він не настільки специфічний для глюкози, тому фермент може діяти на інші галактозиди.

Особливості

У тварин

У кишечнику людини основна функція цього ферменту пов'язана з всмоктуванням лактози, що потрапляє разом з їжею, оскільки він розташований на просвітницькій стороні плазматичної мембрани клітин кишкової кисті.

Крім того, показано, що лізосомальні форми цього ферменту беруть участь у деградації багатьох гліколіпідів, мукополісахаридів та галактозидованих глікопротеїнів, що служать множинним цілям у різних клітинних шляхах.

У рослинах

Рослини мають ферменти β-галактозидази в листі та насінні. Вони виконують важливі функції в катаболізмі галактоліпідів, характерних для водоростей та рослин загалом.

У цих організмах β-галактозидаза бере участь у процесах росту рослин, дозрівання плодів, а у вищих рослин це єдиний відомий фермент, здатний гідролізувати залишки галактозилу з галакозидованих полісахаридів клітинної стінки.

У промисловості та наукових дослідженнях

У харчовій промисловості, що стосується молочних продуктів, фермент β-галактозидаза використовується для каталізації гідролізу лактози, присутньої в молочних продуктах, що є причиною багатьох дефектів, пов'язаних із зберіганням цих продуктів.

Гідроліз цього цукру прагне уникнути осідання частинок, кристалізації заморожених молочних десертів та наявності «піщаних» текстур у більшості комерційних похідних молока.

Β-галактозидаза, яку використовують промислово, зазвичай отримують з гриба Aspergillus sp., Хоча фермент, що виробляється дріжджами Kluyveromyces lactis, також широко використовується.

Активність β-галактозидази, що науково перекладається як "бродіння лактози", регулярно перевіряється на виявлення грамнегативних Enterobacteriaceae, присутніх у зразках різних типів.

Крім того, в медичному плані він використовується для виробництва молочних продуктів, що не містять лактози, і для виготовлення таблеток, які використовуються людьми з непереносимістю лактози для перетравлення молока та його похідних (йогурт, сир, морозиво, масло, вершки тощо). .

Він використовується як "біосенсор" або "біомаркер" для найрізноманітніших цілей, від імуноферментних та токсикологічних аналізів до аналізу експресії генів та діагностики патологій завдяки хімічній іммобілізації цього ферменту на спеціальних опорах.

Список літератури

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Структурна та послідовна класифікація глікозидних гідролаз. Поточна біологія, 7, 637-644.
2. Хубер, Р. (2001). Бета (В) -Галактозидаза. Академічна преса, 212–214.
3. Хусайн, Q. (2010). β Галактозидази та їх потенційне застосування: огляд. Критичні огляди в галузі біотехнології, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012). LacZ B-галактозидаза: будова та функція ферменту, що має історичне та молекулярне біологічне значення. Білкова наука, 21, 1792-1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Сенесцес-асоційована β -галактозидаза - лізосомальна β -галактозидаза. Старіння клітини, 5, 187–195.
6. Меттьюс, BW (2005). Структура β-галактозидази кишкової палички. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Механізми ферментативного глікозидного гідролізу. Поточна думка з структурної біології, 4, 885–892.
8. Річмонд, М., Грей, Дж., І Стойн, C. (1981). Бета-галактозидаза: огляд останніх досліджень, пов'язаних з технологічним застосуванням, харчовими проблемами та іммобілізацією. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). В-галактозидаза.