Agarase

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Der Systemname von Agarase ist Agarose 4-Glycosylhydrolase. Es wird in agarabbauenden Bakterien gefunden und ist das erste Enzym im Agar-Katabolismusweg. Es ist verantwortlich dafür, dass sie Agar als ihre Hauptkohlenstoffquelle nutzen können und in den Ozeanen gedeihen. Je nachdem, ob Agarase die α- oder β-Bindungen in Agarose abbaut, wird Agarose in Oligosaccharide zerlegt und in α-Agarose oder β-Agarose unterteilt. Bei der Sekretion haben die von α-Agarose produzierten Oligosaccharide 3,6 Anhydro-L-Galactose am reduzierenden Ende, während β-Agarose D-Galactose-Reste produziert.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Agarase.

Klassifikationen

Agarase, die Agar abbauen kann, kann aus dem Ozean und anderen Umgebungen isoliert werden. Je nach unterschiedlichen Wirkungsweisen kann Agarase in zwei Typen unterteilt werden: α-Agarose und β-Agarose. Verschiedene Agarasen haben unterschiedliche biologische Eigenschaften. Agarase hat einen wichtigen Anwendungswert in der Vorbereitung von Algen-Einzellen, der Vorbereitung von Algen-Protoplasten, der Herstellung von Agar-Oligosacchariden, der Untersuchung der Struktur von Algenpolysacchariden und der molekularbiologischen Forschung.

Mechanismus

Je nach Substratspezifität der Lyase wird der Mechanismus von Agarase in zwei Typen unterteilt:

Der erste Mechanismus stammt aus der Untersuchung von β ATCC 19292-Agarase von Pseudoalteromonas atlantica. Endo-Typ β-Agarase I in diesem Bakterium

Zerbricht die β-verknüpfte-(EC3.2.1.81)-(1,4) Agar-Polymer und produziert eine Mischung von Oligosacchariden, wobei neues Agarotetraose das Hauptprodukt ist. Dann werden diese Oligosaccharide von der exo-Typ β-Sepharase II, die an der Membran gebunden ist, hydrolysiert, um neues Agarobiose zu erzeugen. Schließlich wird das neue Agarobiose im Zytoplasma durch Wasser hydrolysiert und in das innere Ether L-Galactose und Galactose 3, 6 zerlegt.

Der zweite Mechanismus besteht darin, dass das extrazelluläre α-Agarose-Enzym die α-verknüpfte Agarose--(1, 3) zerbricht. Es produziert Oligosaccharide mit neuem Agarobiose als Einheit und erzeugt D-Galactose am nicht-reduzierenden Ende.

α-Agarase

Bis jetzt wurden nur wenige Arten von Alpha-Agarase untersucht und berichtet. 1978 wurde eine Agarase aus einem gramnegativen marinen Bakterium isoliert. Dieses Enzym wird durch Ammoniumsulfat ausgefällt, DEAE-13-NMR-Cellulose-Säule zur Reinigung. Die Papierchromatographie bewies, dass das Hydrolysat Agarose und Agarose enthielt.

β-Agarase

β-Agarase spaltet Agarose-Untereinheiten oder unmodifiziertes neues Agarose (3,6-Anhydrid-α-L-Galactosyl-1-3-D-Galactose), um neues Agar-Oligosaccharid zu erzeugen. β-Agarase I verdaut Agarose und bildet Kohlenhydratmoleküle, die nicht mehr gelieren können, und setzt gleichzeitig die gefangene DNA frei. Normalerweise beeinflussen verbleibende Kohlenhydratmoleküle oder β-Sepharose I nicht die nachfolgenden DNA-Operationen wie Restriktionsenzymverdau, Ligation und Transformation.

Anwendungen

• Als Werkzeugenzym für die enzymatische Hydrolyse von Algen verwendet

Da Agar ein wichtiger Bestandteil der Zellwände einiger Rotalgen ist, kann Agarase als Werkzeugenzym für die enzymatische Hydrolyse großer Algen verwendet werden, um Einzelzellen oder Protoplasten zu erhalten. Die meisten der in der Vergangenheit verwendeten Algenwand-lyse Enzyme wurden aus dem Verdauungssystem von Meerestieren isoliert und hergestellt.

• Anwendungen in der Molekularbiologie

Die Verwendung von Agarase zur Rückgewinnung und aus Agarose-Gelen hat sich als eine der besten Methoden erwiesen.

• Zur Herstellung von Agar-Oligosacchariden

Agar kann durch Agarase hydrolysiert werden, um Oligosaccharide wie Trisaccharid und Tetrasaccharid zu bilden. Agar-Oligosaccharide haben ein breites Anwendungsspektrum in der Lebensmittelproduktion. Sie können in der Herstellung von Getränken, Brot und einigen kalorienarmen Lebensmitteln verwendet werden.

• Verwendet in der Untersuchung der Struktur von Algenpolysacchariden

Es ist eine effektive Methode, die Polysaccharide einiger Algen mit Agarase zu hydrolysieren, um die Struktur des Hydrolysats zu bestimmen und dann die Struktur der Polysaccharide abzuleiten.

Referenzen

1. Groleau D.; et al. Enzymatic hydrolysis of agar:purification and characterization of beta neoagarotetraose hydrolase from Pseudomonas atlantica. Can J Microbiol, 1977, 23(6): 672-697.
2. Bibb M J.; et al. The agarase gene(dag A) of Streptomyces coelicolor A3(2): affinity purification and characterization of the cloned gene product. J Gen Microbiol, 1987, 133(Pt 8):2 089-2 096.