BETA GALACTOSIDAZA: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Beta galactozidază , p-galactozidaza , de asemenea , numit β-D-sau galactohydrolase este o enzimă care aparține familiei de hidrolaze capabile de hidrolizare glicozil galactosil resturi diferite tipuri de molecule: polimeri, oligozaharide și metaboliți secundari, printre altele.

Cunoscută anterior ca „lactază”, distribuția sa, precum și cea a oligo- β-galactozidate și a polizaharidelor care servesc ca substrat, este extrem de largă. Se găsește în bacterii, ciuperci și drojdii; la plante este frecvent la migdale, piersici, caise și mere, iar la animale este prezent în organe precum stomacul și intestinele.

Reprezentarea grafică a structurii enzimei B-galactosidază (Sursa: Jawahar Swaminathan și personalul MSD la Institutul European de Bioinformatică prin Wikimedia Commons)

Cea mai studiată enzimă este cea a operonului Lac din E. coli, codificată de gena lacZ, ale cărei studii au fost esențiale pentru înțelegerea funcționării operonilor genetici și a multor aspecte reglatoare ale acestora.

În prezent, aparține grupului celor mai bine studiate enzime, iar cea mai cunoscută funcție a sa este aceea de hidroliză a legăturilor glicozidice ale lactozei. Îndeplinește funcții metabolice esențiale în organismele care o exprimă și este, de asemenea, utilizat în diferite scopuri industriale.

Aplicațiile industriale includ îndepărtarea lactozei din produsele lactate pentru persoanele intolerante la lactoză și producerea diferiților compuși galactozidati. De asemenea, sunt utilizate pentru a îmbunătăți dulceața, aroma și digestia multor produse lactate.

caracteristici

În plus față de substraturile galactosidate, cum ar fi lactoza, majoritatea β-galactozidaselor cunoscute necesită ioni metalici divalenți, cum ar fi magneziu și sodiu. Acest lucru a fost dovedit prin descoperirea site-urilor de legare pentru aceste metale în structura lor.

Β-galactozidele prezente în natură au o mare varietate de intervale de pH la care pot acționa. Enzimele fungice funcționează în medii acide (2,5 până la 5,4), în timp ce drojdiile și enzimele bacteriene funcționează între 6 și 7 unități de pH.

Β-galactozidazele bacteriene

Bacteriile au enzime galacto-hidrolitice mari, comparativ cu alte galactozideze analizate. În aceste organisme, aceeași enzimă catalizează trei tipuri de reacții enzimatice:

- Hidrolizează lactoza în monosacharidele sale constitutive: galactoză și glucoză.

- Catalizează transgalactozilarea lactozei la alolactoză, zahăr disacharid care participă la reglarea pozitivă a expresiei genelor aparținând operonului Lac, etc.

- Hidrolizează alolactoza într-un mod similar ca în cazul lactozei.

Β-galactozidele fungice

Ciupercile posedă enzime β-galactozidază mai susceptibile la inhibare prin galactoză decât enzimele aparținând altor organisme. Cu toate acestea, acestea sunt termostatabile și funcționează în intervale de pH acid.

Metabolizarea lactozei mediate de aceste enzime la ciuperci este împărțită în extracelulare și citosolice, deoarece aceste organisme pot utiliza β-galactozidaza pentru a hidroliza lactoza extracelular și a introduce produsele în celule sau pot lua direct dizaharidul și să-l proceseze intern.

Structura

Enzima β-galactosidază bacteriană este o enzimă tetramerică (din patru subunități identice, AD) și fiecare dintre monomerii săi are mai mult de 1.000 de reziduuri de aminoacizi, ceea ce înseamnă o greutate moleculară mai mare de 100 kDa pentru fiecare și mai mult de 400 kDa pentru proteina complexată.

La plante, în schimb, enzima are dimensiuni considerabil mai mici și poate fi întâlnită în mod obișnuit ca un dimer de subunități identice.

Domeniile fiecărui monomer se disting prin numerele 1 până la 5. Domeniul 3 are o structură α / β „TIM” a butoiului și are situl activ la capătul C-terminal al butoiului.

Se presupune că situsurile active ale complexului enzimatic sunt împărțite între monomeri, deci această enzimă este activă biologic doar atunci când este complexată sub formă de tetramer.

Situsul său activ are capacitatea de a se lega de D-glucoză și D-galactoză, cele două monosacharide care alcătuiesc lactoza. Este specific în special pentru D-galactoza, dar nu este atât de specifică pentru glucoză, astfel încât enzima poate acționa asupra altor galactozide.

Caracteristici

La animale

În intestinul oamenilor, funcția principală a acestei enzime are legătură cu absorbția lactozei ingerate cu alimente, deoarece este situată pe partea luminală a membranei plasmatice a celulelor intestinale sub formă de perie.

Mai mult, s-a dovedit că izoformele lizozomiale ale acestei enzime participă la degradarea multor glicolipide, mucopolizaharide și glicoproteine ​​galactozidate, care au scopuri multiple pe căi celulare diferite.

În plante

Plantele posedă enzime β-galactozidază în frunze și semințe. Acestea îndeplinesc funcții importante în catabolismul galactolipidelor, care sunt caracteristice algelor și plantelor în general.

În aceste organisme, β-galactosidaza participă la procesele de creștere a plantelor, de maturare a fructelor și, la plantele superioare, aceasta este singura enzimă cunoscută capabilă să hidrolizeze reziduuri de galactozil din polizaharidele galacosidate ale peretelui celular.

În industrie și cercetare

În industria alimentară legată de produsele lactate, enzima β-galactosidaza este utilizată pentru a cataliza hidroliza lactozei prezente în produsele lactate, care este responsabilă pentru multe dintre defectele legate de depozitarea acestor produse.

Hidroliza acestui zahăr încearcă să evite sedimentarea particulelor, cristalizarea deserturilor lactate congelate și prezența texturilor „nisipoase” în majoritatea derivatelor comerciale ale laptelui.

Β-galactosidaza folosită în mod industrial este obținută în mod obișnuit din ciuperca Aspergillus sp., Deși enzima produsă de drojdia Kluyveromyces lactis este de asemenea folosită pe scară largă.

Activitatea β-galactosidaza, care este tradusă în termeni științifici drept „fermentația lactozei”, este testată în mod curent pentru identificarea Enterobacteriaceae gram negative prezente în diferite tipuri de probe.

În plus, în termeni medicali, este utilizat pentru producerea de lactate fără lactoză și pentru formularea de tablete pe care persoanele intolerante la lactoză le folosesc pentru a digera laptele și derivatele sale (iaurt, brânză, înghețată, unt, creme etc.) .

Este utilizat ca „biosenzor” sau „biomarker” pentru o varietate de scopuri, de la analize imunologice și analize toxicologice până la analiza expresiei genice și diagnosticarea patologiilor datorită imobilizării chimice a acestei enzime pe suporturi speciale.

Referințe

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Clasificarea structurală și pe secvență a hidrolazelor glicozidice. Biologie actuală, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B) -Galactosidaza. Presă academică, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β Galactozidele și aplicațiile lor potențiale: o revizuire. Recenzii critice în biotehnologie, 30, 41-62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012). LacZ B-galactosidaza: Structura și funcția unei enzime cu importanță biologică istorică și moleculară. Protein Science, 21, 1792-1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C., … Hwang, ES (2006). Β-galactosidaza asociată cu senescența este β-galactosidaza lizozomală. Îmbătrânirea celulei, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Structura E. coli β-galactosidaza. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Mecanisme de hidroliză glicozidă enzimatică. Opinia actuală în biologia structurală, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Gray, J., & Stine, C. (1981). Beta-galactosidaza: revizuirea cercetărilor recente legate de aplicația tehnologică, preocupările nutriționale și imobilizarea. J Dairy Sci, 64, 1759–1717.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-galactozidază.