β-galactosidase, auch genannt Beta-Mädchen oder β-gal, ist ein hydrofaulenzen Enzym, das die Hydrolyse von β-galactosides ins Monosaccharid katalysiert. Substrate von verschiedenem β-galactosidases schließen ganglioside GM1, lactosylceramides, Milchzucker und verschiedener glycoproteins ein. Lactase ist häufig als ein alternativer Name für β-galactosidase verwirrt, aber es ist wirklich einfach eine Unterklasse von β-galactosidase.

Eigenschaften und Funktionen

β-galactosidase ist ein exoglycosidase, welchen hydrolyzes das β-glycosidic Band zwischen einem galactose und seiner organischen Hälfte gebildet hat. Es kann auch fucosides und arabinosides, aber mit der viel niedrigeren Leistungsfähigkeit zerspalten. Es ist ein wesentliches Enzym im menschlichen Körper, Mängel im Protein können auf galactosialidosis oder Morquio B Syndrom hinauslaufen. In E. coli ist das Gen von β-galactosidase, das lacZ Gen, als ein Teil des inducible Systems lac operon da, der in Gegenwart von Milchzucker aktiviert wird, wenn Traubenzucker-Niveau niedrig ist.

Es wird in der molekularen Biologie als ein Reporter-Anschreiber allgemein verwendet, um Genausdruck zu kontrollieren. Es stellt auch aus ein Phänomen hat α-complementation genannt, der die Basis für die blaue/weiße Abschirmung von Recombinant-Klonen bildet. Dieses Enzym kann in zwei peptides gespalten werden, LacZα und LacZΩ, von denen keiner allein aktiv ist, aber wenn beide zusammen spontan anwesend sind, versammeln sich in ein funktionelles Enzym wieder. Dieses Eigentum wird in vielen Klonen-Vektoren ausgenutzt, wo die Anwesenheit des lacZα Gens in einem plasmid in trans ein anderes Mutationsgen ergänzen kann, das den LacZΩ in spezifischen Laborbeanspruchungen von E. coli verschlüsselt. Jedoch, wenn DNA-Bruchstücke in den Vektoren eingefügt werden, wird die Produktion von LacZα gestört, die Zellen zeigen deshalb keine β-galactosidase Tätigkeit. Die Anwesenheit oder Abwesenheit eines aktiven β-galactosidase können vom X-Mädchen entdeckt werden, das ein charakteristisches blaues Färbemittel, wenn zerspaltet, durch β-galactosidase erzeugt, dadurch ein leichtes Mittel zur Verfügung stellend, die Anwesenheit oder Abwesenheit des geklonten Produktes in einem plasmid zu unterscheiden.

1995 hat Dimri. einen neuen isoform für das Beta-galactosidase mit der optimalen Tätigkeit am pH 6.0 vorgeschlagen (Altern Verbundenes Beta-Mädchen oder SA-beta-gal), der im Altern (Die irreversible Wachstumsverhaftung von Zellen) spezifisch ausgedrückt würde. Spezifische quantitative Feinproben wurden sogar für seine Entdeckung entwickelt. Jedoch ist es jetzt bekannt, dass das wegen eines Überausdrucks und Anhäufung des lysosomal endogenen Betas-galactosidase ist, und sein Ausdruck für das Altern nicht erforderlich ist. Dennoch bleibt es der am weitesten verwendete biomarker für alternde und alternde Zellen, weil es zuverlässig und leicht ist zu entdecken.

Struktur

Die 1,024 Aminosäuren von E. coli β-galactosidase waren der erste sequenced 1970, und seine Struktur hat vierundzwanzig Jahre später 1994 bestimmt. Das Protein ist ein 464-kDa homotetramer mit der 2,2,2-Punkte-Symmetrie Jede Einheit von β-galactosidase besteht aus fünf Gebieten; Gebiet 1 ist ein Typ-Barrel der Gelee-Rolle, Gebiet 2 und 4 sind fibronectin Typ III ähnliche Barrels, Gebiet 5 ein β-sandwich, während das Hauptgebiet 3 ein TIM-Typ-Barrel ist.

Das dritte Gebiet enthält die aktive Seite. Die aktive Seite wird aus Elementen von zwei Subeinheiten des tetramer zusammengesetzt, und die Verfremdung des tetramer in dimers entfernt kritische Elemente der aktiven Seite. Die Amino-Endfolge von β-galactosidase, der an α-complementation beteiligte α-peptide, nimmt an einer Subeinheitsschnittstelle teil. Seine Rückstände 22-31 Hilfe, um ein Vier-Spiralen-Bündel zu stabilisieren, das den Hauptteil dieser Schnittstelle und Rückstand das 13 und 15 auch Beitragen zur Aktivieren-Schnittstelle bildet. Diese Struktureigenschaften stellen ein Grundprinzip für das Phänomen von α-complementation zur Verfügung, wo das Auswischen des Amino-Endsegmentes auf die Bildung eines untätigen dimer hinausläuft.

Reaktion

Die aktive Seite von β-galactosidase katalysiert die Hydrolyse seines disaccharide Substrats über "die seichte" und "tiefe" Schwergängigkeit. Kalium-Ionen von Monovalent (K) sowie divalent Magnesium-Ionen (Mg) sind für die optimale Tätigkeit des Enzyms erforderlich. Die Beta-Verbindung des Substrats wird durch ein Terminal carboxyl Gruppe auf der Seitenkette von glutamic Säure zerspaltet.

In E. coli, wie man dachte, war Glu-461 der nucleophile in der Ersatz-Reaktion. Jedoch ist es jetzt bekannt, dass Glu-461 ein saurer Katalysator ist. Statt dessen ist Glu-537 der wirkliche nucleophile, zu einem galactosyl Zwischenglied bindend.

In Menschen ist der nucleophile der Hydrolyse-Reaktion Glu-268.

Gebrauch

Die β-Galactosidase-Feinprobe wird oft in der Genetik, der molekularen Biologie und den anderen Lebenswissenschaften verwendet. Ein aktives Enzym kann mit dem X-Mädchen entdeckt werden, das ein intensives blaues Produkt nach der Spaltung durch β-galactosidase bildet und leicht ist, zu identifizieren und zu messen. Es wird zum Beispiel im blauen weißen Schirm verwendet. Seine Produktion kann durch ein non-hydrolyzable Analogon von allolactose, IPTG veranlasst werden, der bindet und den lac repressor vom lac Maschinenbediener veröffentlicht, dadurch der Einleitung der Abschrift erlaubend, weiterzugehen.

Da es hoch ausgedrückt und in lysosomes in alternden Zellen angesammelt wird, wird es als ein Altern biomarker sowohl in vivo als auch in vitro in qualitativen und quantitativen Feinproben trotz seiner Beschränkungen verwendet.

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