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. α-Galactosidase katalysiert die Hydrolyse von α-galactosidischen Bindungen, die die antinutritiven Faktoren α-Galaktoside in Futtermitteln und Sojaprodukten umwandeln und abbauen können, und verbessert deren Nährstoffgehalt. 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

α-Galactosidase ist eine Exoglycosidase, die die Hydrolyse von α-galactosidischen Bindungen katalysiert. Sie wird auch Melibiose genannt, da sie Melibiose abbauen kann. α-Galactosidase kann die Hydrolyse von α-galactosidischen Bindungen katalysieren. Diese Eigenschaft ermöglicht es, antinutritive Inhaltsstoffe in Futtermitteln und Sojaprodukten zu verbessern und zu eliminieren. Darüber hinaus kann sie im medizinischen Bereich die Umwandlung von Blutgruppe 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 die Funktion der Transgalaktosylierung, wenn die Substratkonzentration hoch angereichert ist. Diese Eigenschaft kann zur Synthese von Oligosacchariden und zur Herstellung von Cyclodextrin-Derivaten verwendet 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 Forschungsschwerpunkten geworden. Viele hitzebeständige Alpha-Galactosidase-Enzyme haben aufgrund ihrer Besonderheiten allmählich das breite Interesse von Wissenschaftlern geweckt. Sie erwarten, ihre thermische Stabilität zu nutzen, um einen größeren Wert in der Industrie zu erzielen und ein breiteres Spektrum an Technologien zu zeigen.

β-Galactosidase

β-Galactosidase ist eine Glycosid-Hydrolase, und es gibt viele mikrobielle Quellen. Neben der hydrolytischen Aktivität haben einige Quellen von β-Galactosidase auch transglycosylierende Aktivität. 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 sind die Quellen der Enzyme unterschiedlich, wie Kluyveromyces, Aspergillus, Bacillus, Streptococcus und Cryptococcus, sowie unterschiedliche Reaktionsbedingungen, wie Temperatur und pH, der Polymerisationsgrad, die Ausbeute und die Bildung von Galacto-Oligosacchariden, die durch die enzymatische Reaktion synthetisiert werden. Die Arten der glycosidischen Bindungen sind ebenfalls unterschiedlich.

Abbildung 1. Proteinstruktur von β-Galactosidase.

Mechanismus

β-Galactosidase kann nicht nur die Hydrolyse von β-galactosidischen Bindungen in β-galactosidischen Verbindungen katalysieren, sondern hat auch die Wirkung der Transgalaktosylierung. Frühere 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 Pantothensäure verwendet werden kann, um das Sauerstoffatom der Galaktoside zu protonieren, während die Imidazolgruppe als Nucleophil verwendet werden kann, um das nucleophile Zentrum am ersten Kohlenstoffatom des Galaktosemoleküls anzugreifen, um ein Kohlenstoffatom 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.

Anwendung als Reportergen

Das β-Galactosidase-Gen ist das am häufigsten verwendete und am weitesten entwickelte Reportergen in der Tier- und Mikrobiellen Gentechnik. Ein Reportergen ist ein Gen, das ein nachweisbares Protein oder Enzym kodiert, und dessen Phänotyp sollte leicht zu erkennen und von endogenen Hintergrundproteinen zu unterscheiden sein. Verwenden Sie das Produkt seiner Expression, um die Expressionsregulation des Zielgens zu kalibrieren. Die Anwendung des β-Galactosidase-Gens als Reportergen umfasst hauptsächlich die folgenden Aspekte: ① Es wird verwendet, um die Effizienz von Promotoren und die Auswirkungen von Mutationen an verschiedenen Stellen des Promotors auf die Expressionseffizienz zu untersuchen; ② Es wird verwendet, um die Verstärkungssequenz in Expressionssystemen usw. zu untersuchen. Die Funktion der regulatorischen Sequenz; ③ verwendet, um die Ausdrucksmerkmale des Vektors und den Einfluss von Fremdstoffen auf die Expressionsregulation zu messen; ④ verwendet in Form von Fusionsgenen, um die Expression von Fremdgenen und deren Gesetze zu untersuchen.