Lysinoxidase

Lysin-Oxidase (EC 1.4.3.14) gehört zur Klasse der Oxidoreduktasen und wirkt auf die CH-NH₂-Gruppe von Donoren. Der systematische Name dieser Enzymklasse ist L-Lysin: Sauerstoff 2-Oxidoreduktase. Weitere gebräuchliche Namen sind L-Lysin α-Oxidase, L-Lysyl-α-Oxidase. Die erste Lysin-Oxidase wurde aus Trichoderma viride Y 244-2 isoliert. Später wurde eine weitere Lysin-Oxidase in Trichoderma harzianum Rifai identifiziert.

Physikochemische Eigenschaften

Das Molekulargewicht des Enzyms aus Trichoderma viride Y 244-2 beträgt etwa 120 kDa, das Proteinmolekül besteht aus zwei identischen Untereinheiten von 60 kDa. Die isoelektrischen Punkte dieses Enzyms liegen bei 4,25. Das Molekulargewicht des Enzyms aus Trichoderma harzianum Rifai beträgt 100 kDa, der isoelektrische Punkt liegt bei 5,6. Die zweite Lysin-Oxidase ist wahrscheinlich ein Produkt der Proteolyse der nativen Lysin-Oxidase. Lysin-Oxidasen enthalten pro Untereinheit ein Molekül FAD als Coenzym. Ihre optischen Absorptionsspektren zeigen Maxima bei 360 und 460 nm sowie einen Peak bei 280 nm. Das Molekül enthält zwischen 3 und 98 Kohlenhydratreste, nur 3 von 43 Lysinresten sind durch Aminosäureanalysen an der Oberfläche des Moleküls sichtbar. Dies deutet darauf hin, dass die räumliche Struktur der Lysin-Oxidase dazu neigt, die Oberflächenaminogruppen zu minimieren. Die Aminogruppen der Lysin-Oxidase sind unzugänglich. Der optimale pH-Wert der Lysin-Oxidase aus Trichoderma harzianum Rifai liegt zwischen 4,5 und 10,5.

Struktur

Die beiden Lysin-Oxidasen haben unterschiedliche Strukturen. Die Lysin-Oxidase aus Trichoderma viride Y 244-2 enthält 13% α-Helix und 18% β-Form. Die Lysin-Oxidase aus Trichoderma harzianum Rifai enthält 12% α-Helix und 33% β-Form. Der Gehalt an Aminosäuren der beiden Lysin-Oxidasen ist ebenfalls unterschiedlich. Die Lysin-Oxidase aus Trichoderma harzianum Rifai enthält etwa 2,6-mal mehr Glycinreste als die Lysin-Oxidase aus Trichoderma viride Y 244-2. Aber die Tryptophan- und Argininreste sind etwa 4- bzw. 2-mal weniger als die Lysin-Oxidase aus Trichoderma viride Y 2442.

Stabilität

Der Test zur thermischen Stabilität der Lysin-Oxidase aus Trichoderma harzianum Rifai zeigte, dass dieses Enzym eine niedrige thermische Stabilität im Vergleich zur Lysin-Oxidase aus Trichoderma viride Y 244-2 aufweist. Nach Inkubation bei 75 und 80 °C erfolgt die Inaktivierung sehr schnell. Die thermische Stabilität der Lysin-Oxidase steigt signifikant in verdünnten Lösungen. Kinetische Kurven zeigten, dass die thermische Inaktivierung signifikant verlangsamt wird, wenn die Dissoziation des Enzyms in Untereinheiten erfolgt. Der Mechanismus der Inaktivierung der Lysin-Oxidase deutet darauf hin, dass das Enzym als verdünnte Lösung gelagert werden sollte. Bei lyophilisierter Lagerung bei 4 °C oder als gefrorene Lösung bei -18 °C behielt das Enzym seine Aktivität ein Jahr lang konstant.

Katalytischer Mechanismus

Lysin-Oxidase wirkt nur auf L-Lysin und beteiligt sich an der Lysinabbau mit einem niedrigen K_m. Während der Reaktion wird Sauerstoff verbraucht, um Ammoniak, Wasserstoffperoxid und α-Keto-ε-Aminocapronsäure zu produzieren, die α-Keto-ε-Aminocapronsäure kann spontan in ein zyklisches Derivat umgewandelt werden. Die Reduktion von Lysin und die Produktion von Wasserstoffperoxid sind die Grundlage der physiologischen Wirkungen der Lysin-Oxidase.

Abbildung 1. Katalytischer Mechanismus der Lysin-Oxidase. (Lukasheva E.V. 2002)

Physiologische Effekte

In vitro, hemmt die Lysin-Oxidase die Synthese von DNA, RNA und Proteinen bei Leukämie, menschlichem Eierstockkrebs und Burkitt-Lymphom. Darüber hinaus haben in vitro-Experimente auch gezeigt, dass die Lysin-Oxidase anti-invasive, antibakterielle und antivirale Effekte hat. Sie hemmte die Replikation des Typ I Herpes-simplex-Virus und hemmte auch die Expression von viralen Antigenen. Bei der Injektion von Lysin-Oxidase in Mäuse wurde beobachtet, dass die Lysin-Oxidase eine hohe Aktivität in vivo zeigt, ihre Konzentration hat einen zeitabhängigen Effekt, und die Halbwertszeit beträgt 2 Stunden. Außerdem zeigt die Lysin-Oxidase immunmodulierende Wirkung, antivirale therapeutische Effekte, antitumorale Effekte und antimetastatische Effekte in vivo. Lysin-Oxidase ist hochzytotoxisch für viele Tumorzelllinien und zeigt bei sehr kleinen Dosen anti-leukämische und anti-metastatische Effekte. Experimente an Mäusen mit Lewis-Lungenkrebs zeigten, dass der anti-metastatische Effekt der Lysin-Oxidase mit steigender Dosis zunahm und einen dosisabhängigen Effekt hatte. Darüber hinaus kann die Lysin-Oxidase die Zellmembran von Makrophagen beeinflussen.

Anwendungen

Als essentielle Aminosäure ist Lysin ein wichtiger Bestandteil von Nahrungsergänzungen. Sein breites Spektrum an industriellen Anwendungen erfordert eine bequeme und spezifische Bestimmung der Lysin-Konzentrationen in Kulturen und Endprodukten. Lysin-Oxidase wirkt nur auf Lysin und hat keine Wirkung auf andere Aminosäuren. Daher wird dieses Enzym verwendet, um den Lysin-Gehalt zu bestimmen. Die Lysin-Oxidase und Meerrettichperoxidase werden auf der porösen Trägerschicht immobilisiert, um die Konzentration von Lysin zu analysieren. Die Membran kann wiederholt verwendet werden, und die Empfindlichkeit variiert von 20 bis 120 µM, und die Reaktionszeit beträgt 2-20 Minuten.

Referenz