BETA GALAKTOSIDAS: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den Beta galaktosidas , β-galaktosidas även kallad β-D-eller galactohydrolase är ett enzym som tillhör familjen av hydrolaser i stånd att hydrolysera glykosyl galaktosylrester olika typer av molekyler: polymerer, oligosackarider och sekundära metaboliter, bland andra.

Tidigare känd som «laktas», dess distribution såväl som för ß-galaktosiderade oligo- och polysackarider som fungerar som dess underlag är extremt bred. Det finns i bakterier, svampar och jästar; hos växter är det vanligt i mandlar, persikor, aprikoser och äpplen, och hos djur finns det i organ som mage och tarmar.

Grafisk representation av strukturen för B-galaktosidas-enzymet (Källa: Jawahar Swaminathan och MSD-personal vid European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Det mest studerade enzymet är Lac-operonet från E. coli, kodat av lacZ-genen, vars studier har varit nyckeln till att förstå funktionen hos genetiska operoner och många reglerande aspekter av dem.

Den tillhör för närvarande gruppen av de bäst studerade enzymerna och dess mest kända funktion är hydrolysen av glykosidbindningarna i laktos. Det uppfyller viktiga metaboliska funktioner i organismerna som uttrycker det och används också för olika industriella ändamål.

Industriella tillämpningar inkluderar avlägsnande av laktos från mejeriprodukter för laktosintoleranta människor och produktion av olika galaktosidatföreningar. De används också för att förbättra sötma, smak och matsmältning hos många mejeriprodukter.

egenskaper

Förutom galaktosiderade substrat, såsom laktos, kräver de flesta kända P-galaktosidaser tvåvärda metalljoner såsom magnesium och natrium. Detta har bevisats med upptäckten av bindningsställen för dessa metaller i deras struktur.

De p-galaktosidaser som finns i naturen har ett stort antal pH-områden vid vilka de kan arbeta. Svampenzymer fungerar i sura miljöer (2,5 till 5,4), medan jäst- och bakterieenzymer arbetar mellan 6 och 7 pH-enheter.

Bakteriella ß-galaktosidaser

Bakterier har stora galakto-hydrolytiska enzymer i jämförelse med andra analyserade galaktosidaser. I dessa organismer katalyserar samma enzym tre typer av enzymatiska reaktioner:

- Hydrolyserar laktos till dess konstitutiva monosackarider: galaktos och glukos.

- Det katalyserar transgalaktosylering av laktos till allolaktos, ett disackaridsocker som deltar i den positiva regleringen av uttrycket av gener som tillhör Lac operon, eç.

- Hydrolyserar allolaktos på samma sätt som med laktos.

Svampar ß-galaktosidaser

Svampar har ß-galaktosidasenzymer som är mer mottagliga för hämning av galaktos än enzymer som tillhör andra organismer. De är emellertid termostabila och fungerar i sura pH-intervaller.

Metabolismen av laktos förmedlad av dessa enzymer i svampar är uppdelad i extracellulär och cytosolisk, eftersom dessa organismer kan använda ß-galaktosidas för att hydrolysera laktos extracellulärt och införa produkterna i cellerna eller de kan ta disackariden direkt och bearbeta den internt.

Strukturera

Bakteriellt ß-galaktosidas-enzym är ett tetrameriskt enzym (av fyra identiska underenheter, AD) och var och en av dess monomerer har mer än 1 000 aminosyrarester, vilket betyder en molekylvikt på mer än 100 kDa för var och en mer än 400 kDa för det komplexa proteinet.

I växter, däremot, är enzymet avsevärt mindre i storlek och kan ofta hittas som en dimer av identiska underenheter.

Domänerna för varje monomer kännetecknas av siffrorna 1 till 5. Domän 3 har en a / ß "TIM" -fatstruktur och har den aktiva platsen vid C-terminaländen av fatet.

Det antas att de aktiva platserna för enzymkomplexet delas mellan monomerer, så detta enzym är biologiskt aktivt endast när det är komplexat som en tetramer.

Dess aktiva plats har förmågan att binda till D-glukos och D-galaktos, de två monosackarider som utgör laktos. Det är särskilt specifikt för D-galaktos, men det är inte så specifikt för glukos, så enzymet kan verka på andra galaktosider.

Funktioner

Hos djur

I tarmarna hos människor har huvudet av detta enzym att göra med absorptionen av laktos intagad med mat, eftersom det är beläget på luminala sidan av plasmamembranet i tarmborstformade celler.

Vidare har lysosomala isoformer av detta enzym visats delta i nedbrytningen av många glykolipider, mukopolysackarider och galaktosiderade glykoproteiner, som tjänar flera syften i olika cellvägar.

I växter

Växter har ß-galaktosidasenzymer i blad och frön. Dessa utför viktiga funktioner i katabolismen av galaktolipider, som är karakteristiska för alger och växter i allmänhet.

I dessa organismer deltar ß-galaktosidas i processerna för växtväxt, fruktmognad och i högre växter är detta det enda kända enzymet som kan hydrolysera galaktosylrester från de galacosiderade polysackariderna i cellväggen.

Inom industri och forskning

I livsmedelsindustrin relaterad till mejeriprodukter används enzymet ß-galaktosidas för att katalysera hydrolysen av laktos som finns i mejeriprodukter, vilket är ansvarig för många av de fel som är relaterade till lagring av dessa produkter.

Hydrolysen av detta socker försöker undvika sedimentering av partiklar, kristallisation av frysta mejeridesserter och närvaron av "sandiga" strukturer i de flesta kommersiella derivat av mjölk.

P-galaktosidas som används industriellt erhålls vanligen från svampen Aspergillus sp., Även om enzymet som produceras av jäst Kluyveromyces lactis också används i stor utsträckning.

P-galaktosidasaktiviteten, som översätts i vetenskapliga termer som "laktosfermentering", testas rutinmässigt för identifiering av gramnegativa Enterobacteriaceae närvarande i olika typer av prover.

Dessutom används medicinskt för produktion av laktosfria mejeriprodukter och för formulering av tabletter som laktosintoleranta människor använder för att smälta mjölk och dess derivat (yoghurt, ost, glass, smör, krämer, etc.) .

Det används som en "biosensor" eller "biomarkör" för en mängd olika ändamål, från immunanalyser och toxikologiska analyser till analys av genuttryck och diagnos av patologier tack vare den kemiska immobiliseringen av detta enzym på speciella stöd.

referenser

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Strukturell och sekvensbaserad klassificering av glykosidhydrolaser. Aktuell biologi, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B) -Galaktosidas. Academic Press, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). ß Galaktosidaser och deras potentiella tillämpningar: en granskning. Kritiska recensioner i bioteknik, 30, 41–62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012). LacZ B-galaktosidas: Struktur och funktion av ett enzym av historisk och molekylärbiologisk betydelse. Protein Science, 21, 1792-1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C., … Hwang, ES (2006). Senescensassocierat p-galaktosidas är lysosomalt p-galaktosidas. Aging Cell, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Strukturen för E. coli ß-galaktosidas. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Mekanismer för enzymatisk glykosidhydrolys. Aktuellt yttrande i strukturell biologi, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Gray, J., & Stine, C. (1981). Beta-galaktosidas: Granskning av nyligen genomförd forskning relaterad till teknologisk tillämpning, näringsproblem och immobilisering. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galaktosidas.