BETA GALATTOSIDASI: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

La Beta galattosidasi , β-galattosidasi chiamata anche β-D-o galattoidrolasi, è un enzima appartenente alla famiglia delle idrolasi in grado di idrolizzare i residui di glicosil galattosile diversi tipi di molecole: polimeri, oligosaccaridi e metaboliti secondari, tra gli altri.

Precedentemente noto come "lattasi", la sua distribuzione, così come quella degli oligo- e polisaccaridi β-galattosidati che fungono da substrato, è estremamente ampia. Si trova in batteri, funghi e lieviti; nelle piante è comune nelle mandorle, nelle pesche, nelle albicocche e nelle mele, e negli animali è presente in organi come lo stomaco e l'intestino.

Rappresentazione grafica della struttura dell'enzima B-galattosidasi (Fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute tramite Wikimedia Commons)

L'enzima più studiato è quello dell'operone Lac di E. coli, codificato dal gene lacZ, i cui studi sono stati fondamentali per comprendere il funzionamento degli operoni genetici e molti aspetti regolatori di essi.

Attualmente appartiene al gruppo degli enzimi più studiati e la sua funzione più nota è quella di idrolisi dei legami glicosidici del lattosio. Svolge funzioni metaboliche essenziali negli organismi che lo esprimono ed è utilizzato anche per diversi scopi industriali.

Le applicazioni industriali includono la rimozione del lattosio dai prodotti lattiero-caseari per le persone intolleranti al lattosio e la produzione di vari composti di galattosidato. Sono anche usati per migliorare la dolcezza, il sapore e la digestione di molti latticini.

caratteristiche

Oltre ai substrati galattosidati come il lattosio, la maggior parte delle β-galattosidasi note richiedono ioni metallici bivalenti come magnesio e sodio. Ciò è stato dimostrato con la scoperta di siti di legame per questi metalli nella loro struttura.

Le β-galattosidasi presenti in natura hanno un'ampia varietà di intervalli di pH a cui possono lavorare. Gli enzimi fungini funzionano in ambienti acidi (da 2,5 a 5,4), mentre il lievito e gli enzimi batterici lavorano tra 6 e 7 unità di pH.

Β-galattosidasi batteriche

I batteri hanno grandi enzimi galatto-idrolitici rispetto ad altre galattosidasi analizzate. In questi organismi, lo stesso enzima catalizza tre tipi di reazioni enzimatiche:

- Idrolizza il lattosio nei suoi monosaccaridi costitutivi: galattosio e glucosio.

- Catalizza la transgalattosilazione del lattosio ad allolattosio, uno zucchero disaccaride che partecipa alla regolazione positiva dell'espressione dei geni appartenenti all'operone Lac, eç.

- Idrolizza l'allolattosio in modo simile al lattosio.

Β-galattosidasi fungine

I funghi possiedono enzimi β-galattosidasi più suscettibili all'inibizione da parte del galattosio rispetto agli enzimi appartenenti ad altri organismi. Tuttavia, sono termostabili e funzionano in intervalli di pH acidi.

Il metabolismo del lattosio mediato da questi enzimi nei funghi si divide in extracellulare e citosolico, poiché questi organismi possono utilizzare la β-galattosidasi per idrolizzare il lattosio extracellulare e introdurre i prodotti nelle cellule oppure possono prendere direttamente il disaccaride e processarlo internamente.

Struttura

L'enzima β-galattosidasi batterico è un enzima tetramerica (di quattro subunità identiche, AD) e ciascuno dei suoi monomeri ha più di 1.000 residui di amminoacidi, il che significa un peso molecolare di oltre 100 kDa per ciascuno e più di 400 kDa per la proteina complessata.

Nelle piante, al contrario, l'enzima è di dimensioni considerevolmente inferiori e può essere comunemente trovato come un dimero di subunità identiche.

I domini di ciascun monomero sono distinti dai numeri da 1 a 5. Il dominio 3 ha una struttura a barilotto α / β "TIM" e ha il sito attivo all'estremità C-terminale del barilotto.

Si presume che i siti attivi del complesso enzimatico siano condivisi tra i monomeri, quindi questo enzima è biologicamente attivo solo quando è complessato come un tetramero.

Il suo sito attivo ha la capacità di legarsi al D-glucosio e al D-galattosio, i due monosaccaridi che compongono il lattosio. È particolarmente specifico per il D-galattosio, ma non è così specifico per il glucosio, quindi l'enzima può agire su altri galattosidi.

Caratteristiche

Negli animali

Nell'intestino dell'uomo, la funzione principale di questo enzima ha a che fare con l'assorbimento del lattosio ingerito con il cibo, poiché si trova sul lato luminale della membrana plasmatica delle cellule a forma di pennello intestinale.

Inoltre, è stato dimostrato che le isoforme lisosomiali di questo enzima partecipano alla degradazione di molti glicolipidi, mucopolisaccaridi e glicoproteine ​​galattosidate, che servono a molteplici scopi in diversi percorsi cellulari.

Nelle piante

Le piante possiedono enzimi β-galattosidasi nelle foglie e nei semi. Esse svolgono importanti funzioni nel catabolismo dei galattolipidi, caratteristici delle alghe e delle piante in genere.

In questi organismi, la β-galattosidasi partecipa ai processi di crescita delle piante, maturazione dei frutti e, nelle piante superiori, questo è l'unico enzima noto in grado di idrolizzare i residui galattosilici dai polisaccaridi galacosidati della parete cellulare.

Nell'industria e nella ricerca

Nell'industria alimentare legata ai latticini, l'enzima β-galattosidasi viene utilizzato per catalizzare l'idrolisi del lattosio presente nei prodotti lattiero-caseari, responsabile di molti dei difetti legati alla conservazione di questi prodotti.

L'idrolisi di questo zucchero cerca di evitare la sedimentazione di particelle, la cristallizzazione dei dessert caseari congelati e la presenza di consistenze “sabbiose” nella maggior parte dei derivati ​​commerciali del latte.

La β-galattosidasi utilizzata industrialmente è comunemente ottenuta dal fungo Aspergillus sp., Sebbene sia ampiamente utilizzato anche l'enzima prodotto dal lievito Kluyveromyces lactis.

L'attività della β-galattosidasi, tradotta in termini scientifici come "fermentazione del lattosio", viene abitualmente testata per l'identificazione di Enterobacteriaceae gram-negative presenti in diversi tipi di campioni.

Inoltre, dal punto di vista medico, è utilizzato per la produzione di latticini senza lattosio e per la formulazione di compresse che le persone intolleranti al lattosio utilizzano per digerire il latte e suoi derivati ​​(yogurt, formaggio, gelato, burro, creme, ecc.) .

Viene utilizzato come "biosensore" o "biomarcatore" per svariati scopi, dai saggi immunologici e analisi tossicologiche all'analisi dell'espressione genica e alla diagnosi di patologie grazie all'immobilizzazione chimica di questo enzima su appositi supporti.

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