Endo-β-Galactosidase

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Galactosidase bezieht sich auf eine Klasse von Enzymen, die Substanzen mit galactosidischen Bindungen hydrolysieren, wie z.B. Laktose (Laktose ist ein Disaccharid, das durch Dehydration und Kondensation eines Moleküls Glukose und eines Moleküls Galaktose gebildet wird). Hauptsächlich unterteilt in α-Galactosidase und β-Galactosidase. Alpha-Galactosidase katalysiert die Hydrolyse von alpha-galactosidischen Bindungen, die die antinutritiven Faktoren Alpha-Galactoside in Futtermitteln und Sojaprodukten umwandeln und abbauen und deren Nährstoffgehalt verbessern kann. Darüber hinaus hat das Enzym auch bestimmte Anwendungen in der Pharmazie, der Verdickungsmittelbehandlung und der Papierindustrie. β-Galactosidase hat nicht nur immer mehr Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, sondern spielt auch eine wichtige Rolle in biotechnologischen Bereichen wie Gentechnik, Enzymtechnik, Proteinengineering usw. und wird zunehmend in der Medizin und anderen Bereichen eingesetzt.

Eigenschaften

Alpha-Galactosidase ist eine Exoglycosidase, die die Hydrolyse von alpha-galactosidischen Bindungen katalysiert. Da sie Melibiose abbauen kann, wird sie auch Melibiase genannt. Sie kann die Hydrolyse von alpha-galactosidischen Bindungen katalysieren. Diese Eigenschaft macht sie nützlich zur Verbesserung und Eliminierung von Antinährstoffen in Futtermitteln und Sojaprodukten. Darüber hinaus kann sie im medizinischen Bereich die Umwandlung von Blutgruppen B→O erreichen, universelles Blut vorbereiten und spielt auch eine wichtige Rolle in der Enzymersatztherapie der Fabry-Krankheit. α-Galactosidase kann auch auf komplexe Polysaccharide, Glykoproteine und Glycosphingolipide wirken, die α-galactosidische Bindungen enthalten. Bestimmte α-Galactosidase-Enzyme haben auch eine Transgalactosyl-Funktion, wenn die Substratkonzentration hoch angereichert ist. Mit dieser Eigenschaft können sie in der Synthese von Oligosacchariden und der Herstellung von Cyclodextrin-Derivaten eingesetzt werden. Die Entwicklung von neutrophilen oder pH-stabilen α-Galactosidase und die Suche nach Mikroorganismen oder Pflanzen mit hoher Enzymproduktion sind in den letzten Jahren zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Viele hitzebeständige α-Galactosidase-Enzyme haben aufgrund ihrer Besonderheiten allmählich das Interesse von Wissenschaftlern geweckt. Sie hoffen, ihre thermische Stabilität zu nutzen, um einen größeren Wert in der Industrie zu erzielen und ein breiteres Spektrum in den Bereichen Wissenschaft, Technologie und Medizin zu zeigen.

β-Galactosidase

β-Galactosidase gehört zur Glycosid-Hydrolase, und es gibt viele mikrobielle Quellen. Neben der hydrolytischen Aktivität haben einige Quellen von β-Galactosidase auch Transglycosylierungsaktivität. Enzyme aus verschiedenen Quellen haben unterschiedliche Eigenschaften, wie z.B. den optimalen pH-Wert, die optimale Temperatur und die kinetische Konstante Km des Enzyms. Darüber hinaus ist die Quelle der Enzyme unterschiedlich, wie Kluyveromyces, Aspergillus, Bacillus, Streptococcus und Cryptococcus, sowie unterschiedliche Reaktionsbedingungen, wie Temperatur und pH, der Polymerisationsgrad, die Ausbeute und die Bildung der enzymatischen Reaktion zur Synthese von Galacto-Oligosacchariden.

Abbildung 1. Struktur von β-Galactosidase.

Eigenschaften

β-Galactosidase wird durch das β-Galactosidase-Gen (LacZ-Gen) kodiert, das ein Tetramer aus 4 Untereinheiten ist, das allgemein die Zersetzung von Laktose in ein Molekül Glukose und ein Molekül Galaktose katalysiert. Die Proteinsequenzen von β-Galactosidase, die aus verschiedenen Arten extrahiert wurden, weisen eine hohe Homologie und Ähnlichkeit auf. Die Molekularmasse von β-Galactosidase liegt zwischen 100 und 850 ku, wobei die β-Galactosidase von E. coli die größte Molekularmasse hat, die 520-850 ku beträgt. Beta-Galactosidase-Gene aus verschiedenen Quellen wurden kloniert.

Wirkmechanismus

Neben der Katalyse der Hydrolyse von β-Galactosid-Bindungen in β-Galactosid-Verbindungen hat β-Galactosidase auch die Funktion, Galactosylgruppen umzuwandeln. Frühe Studien haben gezeigt, dass die aktive Stelle auf β-Galactosidase zwei funktionelle Gruppen hat: Cys-Thiol und His-Imidazol, die eine wichtige Rolle bei der Hydrolyse von Laktose durch β-Galactosidase spielen. Es wird vermutet, dass die Schwefelgruppe als verallgemeinerte Säure verwendet werden kann, um das Sauerstoffatom von Galactosiden zu protonieren, während die Imidazolgruppe als Nucleophil verwendet werden kann, um das nucleophile Zentrum am ersten Kohlenstoffatom des Galaktosemoleküls anzugreifen, um eine kovalente Zwischenstufe mit einer Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung zu bilden. Nachdem die Imidazolgruppe abgespalten wurde, extrahiert das Thiol-Anion ein Proton aus dem Wassermolekül, um -OH zu bilden und C anzugreifen. Einige Studien glauben, dass der katalytische Mechanismus der Laktase dem von Lysozym ähnlich ist. Wenn der Rezeptor für Galactoside Wasser ist, tritt Hydrolyse auf; wenn der Rezeptor ein anderer Zucker oder Alkohol ist, tritt der Transgalactoside-Effekt auf; wenn der Rezeptor Laktose ist, die oligomere Hälfte des Trisaccharids Laktose.

Anwendungen

Die Forschungsschwerpunkte der Anwendung von β-Galactosidase konzentrieren sich hauptsächlich auf Immobilisierung, Produktion von Oligosacchariden und die Verwendung von Gentechnologie zur Herstellung von Laktase.

Die Anwendung von β-Galactosidase in der Lebensmittelverarbeitung umfasst hauptsächlich die folgenden Aspekte:

• Das Problem des Milchverbrauchs bei Patienten mit Laktoseintoleranz lösen.
• Zur Verbesserung der Süße von Milchprodukten verwendet.
• Verhinderung der Kristallisation von Milchprodukten beim Einfrieren.
• Produktion von Galacto-Oligosacchariden.

Referenz

1. Davies, G.; et al. Structures and mechanisms of glycosyl hydrolases. Structure. 1995, 3 (9): 853–59.