- ลักษณะเฉพาะ
- แบคทีเรียβ-galactosidases
- เชื้อราβ-galactosidases
- โครงสร้าง
- คุณสมบัติ
- ในสัตว์
- ในพืช
- ในอุตสาหกรรมและการวิจัย
- อ้างอิง
เบต้า galactosidase , β-galactosidase เรียกว่าβ-D-หรือ galactohydrolase เป็นเอนไซม์ที่อยู่ในครอบครัวที่มีความสามารถในการไฮโดรไกลโคซิ hydrolyzing galactosyl ตกค้างประเภทที่แตกต่างกันของโมเลกุล: โพลิเมอร์ oligosaccharides และสารทุติยภูมิอื่น ๆ ในกลุ่ม
ก่อนหน้านี้รู้จักกันในชื่อ "แลคเตส" การกระจายของมันเช่นเดียวกับโอลิโก - และพอลิแซ็กคาไรด์ serve-galactosidated ที่ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นนั้นกว้างมาก พบได้ในแบคทีเรียเชื้อราและยีสต์ ในพืชพบได้ทั่วไปในอัลมอนด์พีชแอปริคอตและแอปเปิ้ลและในสัตว์มีอยู่ในอวัยวะต่างๆเช่นกระเพาะอาหารและลำไส้
การแสดงภาพโครงสร้างของเอนไซม์ B-galactosidase (ที่มา: Jawahar Swaminathan และเจ้าหน้าที่ MSD ที่ European Bioinformatics Institute ผ่าน Wikimedia Commons)
เอนไซม์ที่ได้รับการศึกษามากที่สุดคือ Lac operon ของ E. coli ซึ่งเข้ารหัสโดยยีน lacZ ซึ่งการศึกษาเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจการทำงานของ operons ทางพันธุกรรมและแง่มุมด้านกฎระเบียบต่างๆ
ปัจจุบันอยู่ในกลุ่มของเอนไซม์ที่ศึกษาได้ดีที่สุดและหน้าที่ที่รู้จักกันดีคือการย่อยสลายพันธะไกลโคซิดิกของแลคโตส ช่วยเติมเต็มฟังก์ชันการเผาผลาญที่จำเป็นในสิ่งมีชีวิตที่แสดงออกและยังใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมที่แตกต่างกัน
การใช้งานในภาคอุตสาหกรรม ได้แก่ การกำจัดแลคโตสออกจากผลิตภัณฑ์นมสำหรับผู้ที่แพ้แลคโตสและการผลิตสารประกอบกาแลคโตซิเดตต่างๆ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อปรับปรุงความหวานรสชาติและการย่อยของผลิตภัณฑ์นมหลายชนิด
ลักษณะเฉพาะ
นอกเหนือจากสารตั้งต้น galactosidated เช่นแลคโตสแล้วβ-galactosidases ส่วนใหญ่ที่รู้จักกันดีนั้นต้องการไอออนของโลหะดิวาเลนต์เช่นแมกนีเซียมและโซเดียม สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการค้นพบไซต์ที่มีผลผูกพันสำหรับโลหะเหล่านี้ในโครงสร้างของมัน
β-galactosidases ที่มีอยู่ในธรรมชาติมีช่วง pH ที่หลากหลายซึ่งสามารถใช้งานได้ เอนไซม์ของเชื้อราทำงานในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด (2.5 ถึง 5.4) ในขณะที่เอนไซม์ของยีสต์และแบคทีเรียทำงานระหว่าง 6 ถึง 7 หน่วย pH
แบคทีเรียβ-galactosidases
แบคทีเรียมีเอนไซม์กาแลกโต - ไฮโดรไลติกขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับกาแลกโตซิเดสอื่น ๆ ที่วิเคราะห์ ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เอนไซม์ชนิดเดียวกันเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์สามประเภท:
- ไฮโดรไลเซสแลคโตสเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ที่เป็นส่วนประกอบ: กาแลคโตสและกลูโคส
- มันเร่งปฏิกิริยาทรานส์กาแลคโตซิลเลชันของแลคโตสเป็นอัลโลแลคโตสซึ่งเป็นน้ำตาลไดแอกคาไรด์ที่มีส่วนร่วมในการควบคุมเชิงบวกของการแสดงออกของยีนที่เป็นของ Lac operon, eç
- ไฮโดรไลเซสอัลโลแลคโตสในลักษณะเดียวกับที่ทำกับแลคโตส
เชื้อราβ-galactosidases
เชื้อรามีเอนไซม์β-galactosidase ที่ไวต่อการยับยั้งโดยกาแลคโตสมากกว่าเอนไซม์ที่เป็นของสิ่งมีชีวิตอื่น อย่างไรก็ตามสามารถทนความร้อนได้และทำงานในช่วง pH ที่เป็นกรด
เมแทบอลิซึมของแลคโตสที่เป็นสื่อกลางโดยเอนไซม์เหล่านี้ในเชื้อราแบ่งออกเป็นนอกเซลล์และไซโตโซลิกเนื่องจากสิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถใช้β-galactosidase เพื่อไฮโดรไลซ์แลคโตสนอกเซลล์และนำผลิตภัณฑ์เข้าสู่เซลล์หรือสามารถนำไดซัคคาไรด์โดยตรงและประมวลผลภายใน
โครงสร้าง
เอนไซม์ Bacterial gal-galactosidase เป็นเอนไซม์ tetrameric (จากหน่วยย่อยที่เหมือนกันสี่หน่วยคือ AD) และโมโนเมอร์แต่ละตัวมีกรดอะมิโนตกค้างมากกว่า 1,000 ซึ่งหมายถึงน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 100 kDa สำหรับแต่ละหน่วยและมากกว่า 400 kDa สำหรับโปรตีนเชิงซ้อน
ในพืชตรงกันข้ามเอนไซม์มีขนาดเล็กกว่ามากและโดยทั่วไปสามารถพบได้ในหน่วยย่อยที่เหมือนกัน
โดเมนของโมโนเมอร์แต่ละตัวมีความโดดเด่นด้วยหมายเลข 1 ถึง 5 โดเมน 3 มีโครงสร้างบาร์เรลα / β "TIM" และมีไซต์ที่ใช้งานอยู่ที่ปลายขั้ว C ของกระบอกสูบ
สันนิษฐานว่าไซต์ที่ใช้งานอยู่ของเอนไซม์คอมเพล็กซ์มีการใช้ร่วมกันระหว่างโมโนเมอร์ดังนั้นเอนไซม์นี้จึงใช้งานทางชีวภาพได้ก็ต่อเมื่อมีการซับซ้อนเป็นเตตระเมอร์
ไซต์ที่ใช้งานอยู่มีความสามารถในการจับกับ D-glucose และ D-galactose ซึ่งเป็นโมโนแซ็กคาไรด์สองตัวที่ประกอบกันเป็นแลคโตส โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ D-galactose แต่ไม่เฉพาะเจาะจงสำหรับกลูโคสดังนั้นเอนไซม์จึงสามารถทำหน้าที่กับกาแลคโตไซด์อื่น ๆ ได้
คุณสมบัติ
ในสัตว์
ในลำไส้ของมนุษย์หน้าที่หลักของเอนไซม์นี้เกี่ยวข้องกับการดูดซึมแลคโตสที่กินเข้าไปกับอาหารเนื่องจากอยู่ที่ด้านข้างของเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์รูปแปรงในลำไส้
นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าไลโซโซมไอโซฟอร์มของเอนไซม์นี้มีส่วนร่วมในการย่อยสลายไกลโคลิปิดหลายชนิดมิวโคโพลีแซคคาไรด์และไกลโคโปรตีนกาแลกโตซิเดตซึ่งทำหน้าที่หลายอย่างในทางเดินของเซลล์ที่แตกต่างกัน
ในพืช
พืชมีเอนไซม์β-galactosidase ในใบและเมล็ด สิ่งเหล่านี้ทำหน้าที่สำคัญในการเร่งปฏิกิริยาของ galactolipids ซึ่งเป็นลักษณะของสาหร่ายและพืชโดยทั่วไป
ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้β-galactosidase มีส่วนร่วมในกระบวนการเจริญเติบโตของพืชการทำให้สุกของผลไม้และในพืชชั้นสูงนี่เป็นเอนไซม์ที่รู้จักเพียงชนิดเดียวที่สามารถไฮโดรไลซิสที่ตกค้างของกาแลคโตซิลจากโพลีแซ็กคาไรด์ของผนังเซลล์
ในอุตสาหกรรมและการวิจัย
ในอุตสาหกรรมอาหารที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์นมเอนไซม์β-galactosidase ถูกใช้เพื่อเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของแลคโตสที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์นมซึ่งมีส่วนรับผิดชอบต่อข้อบกพร่องหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บผลิตภัณฑ์เหล่านี้
การไฮโดรไลซิสของน้ำตาลนี้พยายามหลีกเลี่ยงการตกตะกอนของอนุภาคการตกผลึกของขนมจากนมแช่แข็งและการปรากฏตัวของพื้นผิวที่เป็น "ทราย" ในอนุพันธ์ทางการค้าส่วนใหญ่ของนม
β-galactosidase ที่ใช้ในอุตสาหกรรมมักได้รับจากเชื้อรา Aspergillus sp. แม้ว่าเอนไซม์ที่ผลิตโดยยีสต์ Kluyveromyces lactis ก็มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน
กิจกรรมβ-galactosidase ซึ่งแปลในศัพท์ทางวิทยาศาสตร์ว่า "การหมักแลคโตส" ได้รับการทดสอบเป็นประจำเพื่อหาเชื้อแบคทีเรียแกรมลบที่มีอยู่ในตัวอย่างประเภทต่างๆ
นอกจากนี้ในทางการแพทย์ยังใช้สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์นมที่ปราศจากแลคโตสและสำหรับสูตรยาเม็ดที่ผู้ที่แพ้แลคโตสใช้ในการย่อยนมและอนุพันธ์ (โยเกิร์ตชีสไอศกรีมเนยครีม ฯลฯ ) .
มันถูกใช้เป็น "ไบโอเซนเซอร์" หรือ "ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ" เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆตั้งแต่การตรวจวิเคราะห์ทางภูมิคุ้มกันและการวิเคราะห์ทางพิษวิทยาไปจนถึงการวิเคราะห์การแสดงออกของยีนและการวินิจฉัยโรคเนื่องจากการตรึงทางเคมีของเอนไซม์นี้ด้วยการสนับสนุนพิเศษ
อ้างอิง
- Henrissat, B. , & Daviest, G. (1997). การจำแนกโครงสร้างและตามลำดับของไกลโคไซด์ไฮโดรเลส ชีววิทยาปัจจุบัน, 7, 637-644
- ฮูเบอร์, อาร์. (2544). เบต้า (B) -Galactosidase สำนักพิมพ์วิชาการ, 212–214.
- Husain, Q. (2010). β Galactosidases และการใช้งานที่เป็นไปได้: บทวิจารณ์ Critical Reviews in Biotechnology, 30, 41–62
- Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012) LacZ B-galactosidase: โครงสร้างและหน้าที่ของเอนไซม์ที่มีความสำคัญทางประวัติศาสตร์และทางชีววิทยาระดับโมเลกุล วิทยาศาสตร์โปรตีน 21, 1792-1807
- Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A. , Johung, K. , Goodwin, C. , … Hwang, ES (2006) Senescence-related β -galactosidase คือ lysosomal β -galactosidase Aging Cell, 5, 187–195
- แมทธิวส์ BW (2005). โครงสร้างของ E. coli β-galactosidase CR ชีววิทยา, 328, 549-556
- McCarter, JD, & Withers, SG (1994) กลไกการไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ไกลโคไซด์ ความคิดเห็นปัจจุบันทางชีววิทยาโครงสร้าง, 4, 885–892
- ริชมอนด์, M. , Grey, J. , & Stine, C. (1981). Beta-Galactosidase: การทบทวนงานวิจัยล่าสุดที่เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีความกังวลทางโภชนาการและการตรึง J Dairy Sci, 64, 1759–1771
- Wallenfels, K. , & Weil, R. (1972). B-Galactosidase