BETA GALAKTOSIDASE: KARAKTERISTIK, STRUKTUR, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The Beta galaktosidase , β-galaktosidase juga disebut β-D-atau galactohydrolase adalah enzim milik keluarga dari hidrolase mampu menghidrolisis glikosil galactosyl residu berbagai jenis molekul: polimer, oligosakarida dan metabolit sekunder, antara lain.

Sebelumnya dikenal sebagai "laktase", distribusinya, serta oligo- dan polisakarida β-galaktosidasi yang berfungsi sebagai substrat, sangat luas. Itu ditemukan pada bakteri, jamur, dan ragi; pada tumbuhan hal ini biasa ditemukan pada almond, persik, aprikot dan apel, dan pada hewan hal ini terdapat pada organ seperti perut dan usus.

Representasi grafis dari struktur enzim B-galaktosidase (Sumber: Jawahar Swaminathan dan staf MSD di European Bioinformatics Institute melalui Wikimedia Commons)

Enzim yang paling banyak dipelajari adalah operon Lac dari E. coli, yang dikodekan oleh gen lacZ, yang studinya telah menjadi kunci untuk memahami fungsi operon genetik dan banyak aspek pengaturannya.

Saat ini termasuk dalam kelompok enzim yang dipelajari terbaik dan fungsinya yang paling terkenal adalah hidrolisis ikatan glikosidik laktosa. Ini memenuhi fungsi metabolisme penting dalam organisme yang mengekspresikannya dan juga digunakan untuk keperluan industri yang berbeda.

Aplikasi industri termasuk penghapusan laktosa dari produk susu untuk orang-orang yang tidak toleran laktosa dan produksi berbagai senyawa galaktosidat. Mereka juga digunakan untuk meningkatkan rasa manis, rasa dan pencernaan banyak produk susu.

karakteristik

Selain substrat galaktosidasi seperti laktosa, sebagian besar β-galaktosidase yang diketahui membutuhkan ion logam divalen seperti magnesium dan natrium. Hal ini telah dibuktikan dengan ditemukannya situs pengikatan logam-logam tersebut dalam strukturnya.

Β-galaktosidase yang ada di alam memiliki berbagai variasi pH yang dapat digunakannya. Enzim jamur bekerja di lingkungan asam (2,5 hingga 5,4), sedangkan enzim ragi dan bakteri bekerja antara 6 dan 7 unit pH.

Bakteri β-galaktosidase

Bakteri memiliki enzim galakto-hidrolitik yang besar dibandingkan dengan galaktosidase lain yang dianalisis. Dalam organisme ini, enzim yang sama mengkatalisis tiga jenis reaksi enzimatik:

- Menghidrolisis laktosa menjadi monosakarida konstitutifnya: galaktosa dan glukosa.

- Ini mengkatalisis transgalaktosilasi laktosa menjadi alolaktosa, gula disakarida yang berpartisipasi dalam regulasi positif ekspresi gen yang termasuk dalam operon Lac, eç.

- Menghidrolisis alolaktosa dengan cara yang sama seperti pada laktosa.

Β-galaktosidase jamur

Jamur memiliki enzim β-galaktosidase yang lebih rentan terhadap penghambatan oleh galaktosa daripada enzim milik organisme lain. Namun, mereka termostabil dan bekerja dalam kisaran pH asam.

Metabolisme laktosa yang dimediasi oleh enzim-enzim ini pada jamur dibagi menjadi ekstraseluler dan sitosol, karena organisme ini dapat menggunakan β-galaktosidase untuk menghidrolisis laktosa secara ekstraseluler dan memasukkan produk ke dalam sel atau mereka dapat mengambil disakarida secara langsung dan memprosesnya secara internal.

Struktur

Enzim β-galaktosidase bakteri adalah enzim tetrameric (dari empat subunit identik, AD) dan masing-masing monomernya memiliki lebih dari 1.000 residu asam amino, yang berarti berat molekul lebih dari 100 kDa untuk masing-masing dan lebih dari 400 kDa untuk protein kompleks.

Sebaliknya, pada tumbuhan, enzim berukuran jauh lebih kecil dan umumnya dapat ditemukan sebagai dimer subunit yang identik.

Domain masing-masing monomer dibedakan dari angka 1 sampai 5. Domain 3 memiliki struktur barel "TIM" α / β dan memiliki situs aktif di ujung terminal-C dari laras.

Diasumsikan bahwa situs aktif kompleks enzim dibagi di antara monomer, sehingga enzim ini aktif secara biologis hanya jika dikomplekskan sebagai tetramer.

Situs aktifnya memiliki kemampuan untuk mengikat D-glukosa dan D-galaktosa, dua monosakarida yang menyusun laktosa. Ini sangat spesifik untuk D-galaktosa, tetapi tidak terlalu spesifik untuk glukosa, sehingga enzim dapat bekerja pada galaktosida lain.

fitur

Pada hewan

Di usus manusia, fungsi utama enzim ini berkaitan dengan penyerapan laktosa yang tertelan dengan makanan, karena terletak di sisi luminal membran plasma sel berbentuk sikat usus.

Lebih lanjut, isoform lisosom dari enzim ini telah terbukti berpartisipasi dalam degradasi banyak glikolipid, mukopolisakarida, dan glikoprotein galaktosidasi, melayani berbagai tujuan dalam jalur seluler yang berbeda.

Pada tumbuhan

Tanaman memiliki enzim β-galaktosidase pada daun dan biji. Ini melakukan fungsi penting dalam katabolisme galaktolipid, yang merupakan karakteristik alga dan tumbuhan secara umum.

Dalam organisme ini, β-galaktosidase berpartisipasi dalam proses pertumbuhan tanaman, pematangan buah dan, pada tanaman tingkat tinggi, ini adalah satu-satunya enzim yang diketahui yang mampu menghidrolisis residu galaktosil dari polisakarida galakosidasi dinding sel.

Dalam industri dan penelitian

Dalam industri makanan yang terkait dengan produk susu, enzim β-galaktosidase digunakan untuk mengkatalisis hidrolisis laktosa yang ada dalam produk susu, yang bertanggung jawab atas banyak cacat yang terkait dengan penyimpanan produk ini.

Hidrolisis gula ini berusaha untuk menghindari pengendapan partikel, kristalisasi makanan penutup produk susu beku, dan adanya tekstur "berpasir" di sebagian besar turunan komersial susu.

Β-galaktosidase yang digunakan secara industri umumnya diperoleh dari cendawan Aspergillus sp., Meskipun enzim yang dihasilkan oleh khamir Kluyveromyces lactis juga banyak digunakan.

Aktivitas β-galaktosidase, yang diterjemahkan dalam istilah ilmiah sebagai "fermentasi laktosa", secara rutin diuji untuk identifikasi gram negatif Enterobacteriaceae yang ada dalam berbagai jenis sampel.

Selain itu, dalam istilah medis, digunakan untuk produksi produk susu bebas laktosa dan untuk formulasi tablet yang digunakan oleh orang-orang yang tidak toleran laktosa untuk mencerna susu dan turunannya (yogurt, keju, es krim, mentega, krim, dll.) .

Ini digunakan sebagai "biosensor" atau "biomarker" untuk berbagai tujuan, dari immunoassay dan analisis toksikologi hingga analisis ekspresi gen dan diagnosis patologi berkat imobilisasi kimiawi enzim ini pada dukungan khusus.

Referensi

1. Henrissat, B., & Daviest, G. (1997). Klasifikasi glikosida hidrolase berdasarkan struktur dan urutan. Biologi Saat Ini, 7, 637-644.
2. Huber, R. (2001). Beta (B) -Galaktosidase. Academic Press, 212–214.
3. Husain, Q. (2010). β Galactosidases dan aplikasi potensialnya: tinjauan. Ulasan Kritis di Bioteknologi, 30, 41-62.
4. Juers, DH, Matthews, BW, & Huber, RE (2012). LacZ B-galactosidase: Struktur dan fungsi enzim yang memiliki kepentingan biologis molekuler dan historis. Ilmu Protein, 21, 1792-1807.
5. Lee, BY, Han, JA, Im, JS, Morrone, A., Johung, K., Goodwin, C.,… Hwang, ES (2006). Β -galaktosidase terkait penuaan adalah lisosom β -galaktosidase. Aging Cell, 5, 187–195.
6. Matthews, BW (2005). Struktur E. coli β-galactosidase. CR Biologies, 328, 549-556.
7. McCarter, JD, & Withers, SG (1994). Mekanisme hidrolisis glikosida enzimatik. Opini Terkini dalam Biologi Struktural, 4, 885–892.
8. Richmond, M., Gray, J., & Stine, C. (1981). Beta-Galactosidase: Review Penelitian Terbaru Terkait Aplikasi Teknologi, Masalah Nutrisi, dan Imobilisasi. J Dairy Sci, 64, 1759–1771.
9. Wallenfels, K., & Weil, R. (1972). B-Galaktosidase.