RhamA

α-L-Rhamnosidase (E.C. 3.2.1.40) spaltet spezifisch terminales α-L-Rhamnose von einer großen Anzahl natürlicher Produkte ab. Das Enzym kommt in der Natur weit verbreitet vor und ist in tierischen Geweben, Pflanzen, Hefen, Pilzen und Bakterien weit verbreitet. Aufgrund seiner Anwendung bei der Entbitterung und Klärung von Zitrussaft, der Verbesserung des Weinaromas und der Derhamnosylierung vieler natürlicher Produkte, die terminales α-L-Rhamnose enthalten, ist es ein wichtiges Enzym von biotechnologischer Bedeutung.

Quellen

In Pflanzen wurde ein Enzymkomplex namens Naringinase, der α-L-Rhamnosidase- und β-D-Glucosidase-Aktivitäten enthält, aus Selleriesamen und Grapefruitblättern isoliert. Das Enzym mit dem Namen Rhamnodiastase, eine Mischung aus α-L-Rhamnosidase und β-D-Glucosidase, wurde von Rhamnus dahurica berichtet. α-L-Rhamnosidase wurde aus den Samen von Fagopyrum esculentum untersucht. α-L-Rhamnosidase stammt nur aus zwei tierischen Quellen, nämlich der Leber von Turbo cornutus und der Schweineleber.

Der menschliche Darm Bacteroid JY-6 und Fusabacterium K-60 haben gezeigt, dass sie α-L-Rhamnosidase produzieren. Die Produktion von α-L-Rhamnosidase durch das thermophile anaerobe Bakterium Clostridium stercorarium wurde berichtet. Einige Pseudoalteromonas-Arten und Ralstonia pickettii, die aus dem Meerwasser einer subantarktischen Umgebung gewonnen wurden, zeigen α-L-Rhamnosidase-Aktivitäten im niedrigen Temperaturbereich von −1 bis 8 °C. Sphingomonas paucimobilis und Bacillus spGL1 zeigen erhebliche α-L-Rhamnosidase-Aktivitäten in einem Medium, das Gellan als Kohlenstoffquelle enthält. Corticium rolfsii produziert α-L-Rhamnosidase, die bei niedrigem pH aktiv ist. Einige Hefen wie Saccharomyces cerevisiae, Hanshula anomala, Debaryomyces ploymorphus zeigen ein niedriges Niveau an α-L-Rhamnosidase-Aktivitäten. Allerdings ist Pichia angusta X349 ein bemerkenswerter Produzent von α-L-Rhamnosidase.

Struktur

Die molekulare Masse des Enzyms beträgt 106 kDa und es enthält 956 Aminosäurereste. Das Enzym besteht aus fünf Domänen, die in der Reihenfolge N, D1, D2, A und C von N-terminal zu C-terminal bezeichnet sind. Die Domänen N, D1, D2 und C haben eine β-sandwichartige Struktur, während die Domäne A eine (α/α) 6-Fassstruktur ist. Rhamnose bindet an die tiefe Spalte der (α/α) 6-Fassdomäne. Mehrere negativ geladene Reste wie Asp567, Glu572, Asp579 und Glu841 interagieren mit Rhamnose, und RhaB-Mutanten dieser Reste verringerten drastisch die Enzymaktivität, was darauf hinweist, dass diese Reste entscheidend für die Enzymkatalyse und die Substratbindung sind.

Abbildung 1. Struktur der Homodimerstruktur von α-L-Rhamnosidase. (Yadav V, et al. 2010)

Inhibitoren

Verschiedene Forscher haben die Hemmung von α-L-Rhamnosidase durch L-Rhamnose, Glukose, Zitronensäure und mehrere Metallionen berichtet. Das Interesse an der Synthese von α-L-Rhamnosidase-Inhibitoren ist jedoch aufgrund der Erkenntnis entstanden, dass bestimmte Verbindungen dieser Art Aktivität gegen das humane Immunschwächevirus gezeigt haben, und es wird angenommen, dass die Aktivität solcher Verbindungen in ihrer Fähigkeit liegt, Glucosidase zu hemmen, was die Verarbeitung von viralen Glykoproteinen beeinträchtigt. Es gibt einige Forschungsarbeiten, die darauf abzielen, potente α-L-Rhamnosidase-Inhibitoren zu synthetisieren, die möglicherweise auch die Aktivitäten anderer Glucosidasen hemmen und Potenzial in der pharmazeutischen Industrie haben.

Anwendung

Die Bitterkeit von Zitrusfruchtsäften ist auf Naringin und Limonin zurückzuführen. Die Bitterkeit, die durch Naringin verursacht wird, könnte durch die Behandlung des Saftes mit α-L-Rhamnosidase entfernt werden. Die α-L-Rhamnosidase hydrolysiert Naringin zu Prunin und α-L-Rhamnose. Die Bitterkeit von Prunin beträgt nur ein Drittel der von Naringin. Eine Reihe von Verfahren zur Entbitterung von Zitrusfruchtsäften auf der Basis von α-L-Rhamnosidase sind patentiert, und zahlreiche immobilisierte α-L-Rhamnosidase-Präparate zur Entbitterung von Zitrusfruchtsäften wurden veröffentlicht. Die Kristallisation von löslichem Hesperidin im Dosenmandarinen-Saft verursacht die Trübung des Saftes. Das Hesperidinasen-Enzym, das α-L-Rhamnosidase-Aktivität enthält, wird verwendet, um die Trübung von Dosenorange zu verhindern. Die mit α-L-Rhamnosidase behandelten Hesperidin- und Hesperidinglykoside sind hoch wasserlöslich und frei von Kristallablagerungen, selbst wenn sie über längere Zeit gelagert werden.

Die flüchtigen Komponenten wie Linalool, Geraniol, Nerol, Citronellol und α-Terpineol sind verantwortlich für das Aroma von Weinen. Die meisten von ihnen sind jedoch in der Traubenschale als geruchlose Diglycoside von Terpenen vorhanden, nämlich α-L-Arabinofuranosyl-β-D-Glucopyranoside, α-L-Rhamnopyranosyl-β-D-Glucopyranoside, die bei zwei aufeinanderfolgenden Hydrolysen flüchtige Terpenole freisetzen. Die immobilisierte α-L-Rhamnosidase zusammen mit β-Glucosidase und α-Arabinosidase wurde zur Aromaerhöhung in Wein verwendet. Die α-L-Rhamnosidase von P. angusta X349 zeigt eine hohe Toleranz gegenüber Glukose und Ethanol, was darauf hindeutet, dass das Enzym im Weinherstellungsprozess verwendet werden könnte.

α-L-Rhamnosidase kann bei der Herstellung vieler Medikamente und Arzneimittelvorstufen verwendet werden. α-L-Rhamnosidase hydrolysiert Diosgenin (ein Saponin), um α-L-Rhamnose und Diosgenin zu produzieren, das in der Synthese klinisch nützlicher Steroidmedikamente wie Progesteron verwendet wird. Die von C. lunata produzierte α-L-Rhamnosidase kann L-Rhamnose von einer Reihe steroidaler Saponine entfernen. Quercetin ist ein Flavonoid, das durch die Derhamnosylierung von Quercitrin gewonnen wird. Es zeigt antioxidative, antikarzinogene, entzündungshemmende, antiaggregatorische und vasodilatatorische Wirkungen. Die antikarzinogene Aktivität von Hesperitin, das durch die Wirkung von α-L-Rhamnosidase auf Hesperidin gewonnen wird, wurde in Labortieren nachgewiesen. Quercetin-3-Glucosid, ein derhamnosyliertes Produkt von Rutin, wurde als Antioxidans berichtet. Das Ginsenosid-Rh1, das durch die Entfernung von α-L-Rhamnose von Ginsenosiden-Rg2 gewonnen wird, zeigt eine antikrebsartige Aktivität. Das glykopeptid-Antibiotikum Chlorosporin C wird durch die Derhamnosylierung von Chlorosporin B gewonnen. Prunin, das derhamnosylierte Produkt von Naringin, hat entzündungshemmende und variable Aktivitäten gegen DNA/RNA-Viren.

Referenz