Beta galactosidase: características, estrutura, funções - Ciência - 2023

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o Beta galactosidase, também conhecida como β-galactosidase ou β-D-galactohidrolase, é uma enzima pertencente à família das glicosil hidrolases capaz de hidrolisar os resíduos de galactosila de diferentes classes de moléculas: polímeros, oligossacarídeos e metabólitos secundários, entre outros.

Anteriormente conhecida como "lactase", sua distribuição, assim como a dos oligo- e polissacarídeos β-galactosidados que servem como substrato, é extremamente ampla. É encontrado em bactérias, fungos e leveduras; nas plantas é comum em amêndoas, pêssegos, damascos e maçãs, e nos animais está presente em órgãos como o estômago e os intestinos.

A enzima mais estudada é o operon Laca de E. coli, codificado pelo gene lacZ, cujos estudos foram fundamentais para a compreensão do funcionamento dos operons genéticos e de muitos aspectos regulatórios deles.

Atualmente pertence ao grupo das enzimas mais estudadas e sua função mais conhecida é a de hidrólise das ligações glicosídicas da lactose.Ele cumpre funções metabólicas essenciais nos organismos que o expressam e também é usado para diferentes fins industriais.

As aplicações industriais incluem a remoção de lactose de produtos lácteos para pessoas com intolerância à lactose e a produção de vários compostos de galactosidato. Eles também são usados para melhorar a doçura, o sabor e a digestão de muitos produtos lácteos.

Caracteristicas

Além de substratos galactosidados, como a lactose, a maioria das β-galactosidases conhecidas requer íons metálicos divalentes, como magnésio e sódio. Isso foi comprovado com a descoberta de sítios de ligação para esses metais em sua estrutura.

As β-galactosidases presentes na natureza têm uma ampla variedade de faixas de pH nas quais podem funcionar. As enzimas fúngicas funcionam em ambientes ácidos (2,5 a 5,4), enquanto as leveduras e as enzimas bacterianas funcionam entre 6 e 7 unidades de pH.

Β-galactosidases bacterianas

As bactérias têm grandes enzimas galacto-hidrolíticas em comparação com outras galactosidases analisadas. Nestes organismos, a mesma enzima catalisa três tipos de reações enzimáticas:

- Hidrolisa a lactose em seus monossacarídeos constitutivos: galactose e glicose.

- Catalisa a transgalactosilação da lactose em alolactose, um açúcar dissacarídeo que participa da regulação positiva da expressão de genes pertencentes ao operon Laca, eç.

- Hidrolisa a alolactose de maneira semelhante à da lactose.

Fungal β-galactosidases

Os fungos possuem enzimas β-galactosidase mais suscetíveis à inibição pela galactose do que enzimas pertencentes a outros organismos. No entanto, eles são termoestáveis e funcionam em faixas de pH ácidas.

O metabolismo da lactose mediado por essas enzimas em fungos é dividido em extracelular e citosólico, uma vez que esses organismos podem usar β-galactosidase para hidrolisar extracelularmente a lactose e introduzir os produtos nas células ou podem tomar o dissacarídeo diretamente e processá-lo internamente.

Estrutura

A enzima β-galactosidase bacteriana é uma enzima tetramérica (de quatro subunidades idênticas, AD) e cada um de seus monômeros tem mais de 1.000 resíduos de aminoácidos, o que significa um peso molecular de mais de 100 kDa para cada um e mais de 400 kDa para a proteína complexada.

Em plantas, ao contrário, a enzima é consideravelmente menor em tamanho e pode comumente ser encontrada como um dímero de subunidades idênticas.

Os domínios de cada monômero são distinguidos pelos números de 1 a 5. O domínio 3 tem uma estrutura de cilindro α / β "TIM" e tem o sítio ativo na extremidade C-terminal do cilindro.

Presume-se que os sítios ativos do complexo enzimático sejam compartilhados entre os monômeros, de modo que essa enzima é biologicamente ativa apenas quando é complexada como um tetrâmero.

Seu sítio ativo tem a capacidade de se ligar à D-glicose e à D-galactose, os dois monossacarídeos que compõem a lactose. É particularmente específico para D-galactose, mas menos específico para glicose, de modo que a enzima pode atuar sobre outros galactosídeos.

Características

Em animais

No intestino humano, a principal função dessa enzima tem a ver com a absorção da lactose ingerida com os alimentos, pois está localizada na face luminal da membrana plasmática das células intestinais em escova.

Além disso, foi demonstrado que as isoformas lisossomais dessa enzima participam da degradação de muitos glicolipídeos, mucopolissacarídeos e glicoproteínas galactosidadas, atendendo a múltiplos propósitos em diferentes vias celulares.

Nas plantas

As plantas possuem enzimas β-galactosidase em folhas e sementes. Desempenham funções importantes no catabolismo dos galactolipídeos, que são característicos de algas e plantas em geral.

Nestes organismos, a β-galactosidase participa dos processos de crescimento das plantas, amadurecimento dos frutos e, em plantas superiores, é a única enzima conhecida capaz de hidrolisar resíduos de galactosila dos polissacarídeos galacosidados da parede celular.

Na indústria e pesquisa

Na indústria de alimentos relacionada a laticínios, a enzima β-galactosidase é utilizada para catalisar a hidrólise da lactose presente nos laticínios, responsável por muitos dos defeitos relacionados ao armazenamento desses produtos.

A hidrólise desse açúcar visa evitar a sedimentação de partículas, a cristalização de sobremesas lácteas congeladas e a presença de texturas “arenosas” na maioria dos derivados lácteos comerciais.

A β-galactosidase usada industrialmente é obtida, comumente, do fungo. Aspergillus sp., embora a enzima produzida pela levedura Kluyveromyces lactis também é amplamente utilizado.

A atividade da β-galactosidase, que é traduzida em termos científicos como "fermentação da lactose", é rotineiramente testada para a identificação de Enterobacteriaceae gram-negativas presentes em diferentes tipos de amostras.

Além disso, em termos médicos, é utilizado para a produção de laticínios sem lactose e para a formulação de comprimidos que as pessoas com intolerância à lactose usam para digerir o leite e seus derivados (iogurte, queijo, sorvete, manteiga, cremes, etc.) .

É utilizado como "biossensor" ou "biomarcador" para diversos fins, desde imunoensaios e análises toxicológicas até a análise da expressão gênica e diagnóstico de patologias graças à imobilização química desta enzima em suportes especiais.

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