Lipase

Lipase, auch bekannt als Glycerolester-Hydrolase, ist eine Carboxylester-Hydrolase, die Triglyceride schrittweise in Glycerin und Fettsäuren hydrolysiert. Lipasen sind in fetthaltigen Geweben von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen (wie Schimmel, Bakterien, usw.) vorhanden. Lipasen enthalten Phosphatase, Sterolase und Carboxylesterase. Fettsäuren werden in den Industrien für Lebensmittel, Medizin, Leder, chemische Produkte des täglichen Bedarfs usw. weit verbreitet verwendet.

Quellen

Lipasen sind weit verbreitet in Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen. In Pflanzen enthalten die Samen von Ölpflanzen mehr Lipasen, wie Rizinusbohnen und Raps. Wenn Ölsamen keimen, können Lipasen synergistisch mit anderen Enzymen wirken, um den Abbau von Ölen und Fetten zu katalysieren, Zucker zu erzeugen und den Samen Nährstoffe und Energie für die Keimung bereitzustellen. Bei Tieren enthalten die Bauchspeicheldrüse und das Fettgewebe mehr Lipasen. Eine kleine Menge Lipase ist im Darminhalt vorhanden, die verwendet wird, um den Mangel an pankreatischer Lipase bei der Verdauung von Fett in Fleischtieren auszugleichen. In Tieren steuern verschiedene Lipasen die Prozesse der Verdauung, Absorption, Fettrekonstitution und Lipoproteinstoffwechsel. Die Lipasen in Bakterien, Pilzen und Hefen sind zahlreicher. Mikrobiell abgeleitete Lipasen gehören im Allgemeinen zu den sekretorischen extrazellulären Enzymen. Aufgrund der Vielfalt, schnellen Vermehrung, Neigung zu genetischen Variationen, breiten pH-Bereiche, breiten Temperaturbereiche und Substratspezifität sind Mikroorganismen für die industrialisierte Produktion und hochreine Proben geeignet. Daher sind mikrobielle Lipasen die wichtigen Quellen für industrielle Lipasen. Die Hauptfermentationsmikroorganismen sind Aspergillus niger und Candida. Die Eigenschaften von Lipasen aus verschiedenen Quellen sind ebenfalls unterschiedlich und haben wichtige Implikationen in der theoretischen Forschung.

Klassifikation

Die Spezifität der Lipase gegenüber Substraten kann in drei Kategorien unterteilt werden: Fettsäurespezifität, Positionsspezifität und Stereospezifität. Je nach den unterschiedlichen Quellen von Lipasen können Lipasen auch in tierische Lipase, pflanzliche Lipase und mikrobielle Lipase unterteilt werden. Verschiedene Quellen von Lipase können die gleiche Reaktion katalysieren, aber wenn die Reaktionsbedingungen gleich sind, sind die Reaktionsgeschwindigkeit und die Spezifität der enzymatischen Reaktion nicht gleich.

Eigenschaften

Lipasen sind eine Klasse von Enzymen mit verschiedenen katalytischen Fähigkeiten, die die Hydrolyse, Alkoholysierung, Veresterung, Transesterifizierung von Triacylglyceriden und anderen wasserunlöslichen Estern katalysieren können und die umgekehrte Synthese von Estern katalysieren können. Sie zeigen auch die Aktivität anderer Enzyme, wie Phospholipase, Lysophospholipase, Cholesterinesterase und Acyl-Peptidase. Die unterschiedlichen Aktivitäten der Lipase hängen von den Eigenschaften des Reaktionssystems ab, wie z.B. der Esterhydrolyse an der Öl-Wasser-Grenzfläche und der enzymatischen Synthese und Transesterifizierung in der organischen Phase.

Die Eigenschaften von Lipasen umfassen hauptsächlich die optimale Temperatur und den pH-Wert, Temperatur- und pH-Stabilität sowie Substratspezifität. Bis heute wurden eine große Anzahl von mikrobiellen Lipasen isoliert und gereinigt, und ihre Eigenschaften wurden untersucht. Sie unterscheiden sich in Molekulargewicht, optimalem pH-Wert, optimaler Temperatur, pH- und thermischer Stabilität, isoelektrischem Punkt und anderen biochemischen Eigenschaften. Im Allgemeinen haben mikrobielle Lipasen einen breiteren Aktions-pH- und Temperaturbereich, höhere Stabilität und Aktivität sowie eine höhere Substratspezifität als tierische und pflanzliche Lipasen.

Die katalytischen Eigenschaften von Lipasen sind, dass ihre katalytische Aktivität an der Öl-Wasser-Grenzfläche am größten ist. Bereits 1958 entdeckten Sarda und Desnnelv dieses Phänomen. Das wasserlösliche Enzym wirkt auf das wasserunlösliche Substrat und die Reaktion erfolgt an der Grenzfläche von zwei völlig unterschiedlichen Phasen, die voneinander getrennt sind. Dies ist ein Merkmal, das Lipase von Esterase unterscheidet. Das Substrat für Esterase ist wasserlöslich.

Katalytischer Mechanismus

Lipasen haben eine Affinität an der Öl-Wasser-Grenzfläche und können die Hydrolyse von wasserunlöslichen Lipiden an der Öl-Wasser-Grenzfläche mit hohen Raten katalysieren. Verschiedene Lipasen aus unterschiedlichen Quellen können große Unterschiede in der Aminosäuresequenz aufweisen, aber ihre tertiären Strukturen sind sehr ähnlich. Der Rest der aktiven Stelle der Lipase besteht aus Serin, Asparaginsäure und Histidin und gehört zu den Serinproteasen. Die katalytische Stelle der Lipase ist im Molekül verborgen und die Oberfläche ist von einer Schraubverschlussstruktur bedeckt, die aus relativ hydrophoben Aminosäureresten besteht (auch als „Deckel“ bezeichnet), die die dreifache katalytische Stelle schützt. Die amphipathische Natur der Alpha-Helix im "Deckel" beeinflusst die Fähigkeit der Lipase, an das Substrat an der Öl-Wasser-Grenzfläche zu binden, und die verringerte Amphiphilität führt zu einer verringerten Lipaseaktivität. Die äußere Oberfläche des "Deckels" ist relativ hydrophil, während die innere Oberfläche, die nach innen zeigt, relativ hydrophob ist. Aufgrund der Assoziation der Lipase mit der Öl-Wasser-Grenzfläche öffnet sich der „Deckel“ und die aktive Stelle wird freigelegt, sodass die Bindungsfähigkeit des Substrats an die Lipase erhöht wird und das Substrat leicht in den hydrophoben Kanal eintritt und an die aktive Stelle bindet. Die Aktivierung an der Grenzfläche kann die Hydrophobizität in der Nähe der katalytischen Stelle erhöhen, was zu einer Umorientierung der α-Helix führt und somit die katalytische Stelle freilegt. Das Vorhandensein der Grenzfläche ermöglicht es dem Enzym auch, eine unvollständige Hydrationsschicht zu bilden, was das Falten der aliphatischen Seitenketten an die Oberfläche des Enzymmoleküls erleichtert und die enzymatische Katalyse erleichtert.

Anwendungen

Mikrobiell abgeleitete Lipasen können verwendet werden, um den Geschmack von Käseprodukten zu verbessern. Die begrenzte Hydrolyse von Fett in Milch kann zur Herstellung von Schokoladenmilch verwendet werden. Lipasen können Lebensmittel dazu bringen, spezielle Milchgeschmäcker zu erzeugen. Lipasen können die Geschmacksrückkehr von Backwaren durch die Freisetzung von Mono- und Diglyceriden verhindern. Die Entfettung von Knochen während der Gelatineproduktion muss unter milden Bedingungen erfolgen. Die von Lipasen katalysierte Hydrolyse kann den Entfettungsprozess beschleunigen.