Β-半乳糖苷酶
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| β-半乳糖苷酶 | |||||||
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| β-galactosidase from Penicillum sp. | |||||||
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| 識別碼 | |||||||
| EC編號 | 3.2.1.23 | ||||||
| CAS號 | 9031-11-2 | ||||||
| 數(shù)據(jù)庫 | |||||||
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| MetaCyc | 代謝路徑 | ||||||
| PRIAM | 概述 | ||||||
| PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||
| 基因本體 | AmiGO / EGO | ||||||
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| 半乳糖苷酶， beta 1 | |
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| 識別 | |
| 符號 | GLB1 |
| 替換符號 | ELNR1 |
| Entrez | 2720 |
| HUGO | 4298 |
| OMIM | 230500 |
| RefSeq | NM_000404 |
| UniProt | P16278 |
| 其他資料 | |
| 基因座 | 3 p22.3 |
β-半乳糖苷酶（英語：β-galactosidase）是一種水解酶，催化β-半乳糖苷水解成單糖。使β-半乳糖苷酶作用的底物包括神經(jīng)節(jié)苷脂GM1、乳糖苷、乳糖、各種糖蛋白[1]。
目錄 |
功能與特性
β-半乳糖苷酶是一種糖苷外切酶，專門水解在半乳糖和其有機部分之間的β- 糖苷鍵。它也可能裂解巖藻糖和阿拉伯糖所形成的糖苷，但是效率比較低。 它是人體中所必需的酶。 在此蛋白質(zhì)不足的情況下可能導(dǎo)致Galactosialidosis(為一種溶酶體儲積病)或莫爾基奧乙綜合征。在大腸桿菌中的β-半乳糖苷酶的基因和lacZ的基因為誘導(dǎo)型系統(tǒng)的一部分，乳糖操縱子是于低血糖時在乳糖的存在下被激活。
分子生物學(xué)中經(jīng)常使用β-半乳糖苷酶作為監(jiān)測基因表達的指標印記。β-半乳糖苷酶也表現(xiàn)出藍/白篩選重組復(fù)制中稱之為α-互補形成的現(xiàn)象。這種酶可以分開為二種勝肽，分別為LacZ基因α和LacZΩ，這兩者自身分別都不是反應(yīng)端，但是當(dāng)兩者同時存在時，會自發(fā)地重新組合成一個有功能的酶。 這個特性被利用在許多復(fù)制載體(克隆)，其中在有l(wèi)acZα基因的質(zhì)體表現(xiàn)可以將實驗室的大腸桿菌病株中的LacZΩ基因轉(zhuǎn)換為另一個突變基因。然而，當(dāng)DNA片段插入到載體中，制作LacZα的被打亂，因此細胞沒有表現(xiàn)β-半乳糖苷酶的活性。β-半乳糖苷酶活性表現(xiàn)的存在與否可透過X-gal的檢測來判斷，如果質(zhì)體沒有插入此外來基因，就能成功表現(xiàn)出β-半乳糖苷酶的活性，就能成功分解X-gal，使菌落成為藍色。反之，插入外來基因的質(zhì)體無法分解X-gal(因為β-半乳糖苷酶無法表現(xiàn))，而成為白色的菌落。
1995年，由Dimri等人。提出了β-半乳糖苷酶具有在PH 6.0 的新亞型（衰退與β-半乳糖苷酶和SA-β-半乳糖苷酶(衰老)有關(guān)）[2] 這被拿來特別表達老化（細胞的不可逆的生長停滯）。具體的定量測定法甚至開發(fā)了他的感應(yīng)檢測。[3][4][5] 然而現(xiàn)在已經(jīng)知道，這是溶酶體內(nèi)源β-半乳糖苷酶的積累，而使其過度表現(xiàn)不需要的衰老。盡管如此，它仍然是最廣泛使用在衰老以及衰好細胞的生物標記物，因為它具有相當(dāng)可靠的和容易檢測之特性。
結(jié)構(gòu)
大腸桿菌1024個氨基酸中的β-半乳糖苷酶最初是在1970定序出來，[6]而其結(jié)構(gòu)是在24年后，也就是1994年確定該蛋白是一個464 - kDa的 同源四聚體與2,2,2點對稱性[7] 且每個單元的β-半乳糖苷酶包括了五個領(lǐng)域 ; 第一區(qū)域是膠卷型桶，第二區(qū)域和第四區(qū)域為纖連蛋白III型狀的桶，第五區(qū)域是β-三明治型，而中央的第三區(qū)域是TIM型桶。
活性端位于第三個結(jié)構(gòu)域。[8] 活性端是由四聚體兩個亞基的元素所組成的，并且在四聚成二聚體活性端的解離除去中的扮演關(guān)鍵要素。β-半乳糖苷酶的末端序列中，α-肽參與了于亞基接口中的的α-互補。其殘基22-31幫助以穩(wěn)定的四螺旋束形成該界面的主要結(jié)構(gòu)，殘基13和15則有助于激活接口。這些結(jié)構(gòu)上的特征為為α-互補的現(xiàn)象，為缺失的氨基末端片段的結(jié)果在非活性二聚體的形成提供一個合理的解釋。
催化反應(yīng)
β-半乳糖苷酶的活性端通過“淺層”與“深層”結(jié)合基質(zhì)來催化水解雙糖。一價的鉀離子（K +），以及二價的鎂離子（鎂2 +）需要酶的最佳活性。以β-核苷間鍵為基質(zhì)經(jīng)由谷氨酸側(cè)鏈上的羧基終端裂解而成。 在大腸桿菌中，谷氨酸-461被認為是取代反應(yīng)的親核試劑。[9]然而，現(xiàn)在已經(jīng)知道谷氨酸-461是一種酸[催化劑]。相反的，谷氨酸-537為實際的親核試劑，他是結(jié)合到半乳糖的中間體。
在人類中，是由Glu-268扮演水解反應(yīng)的親合試劑。
應(yīng)用
β-半乳糖苷酶檢測常用于遺傳學(xué)、分子生物學(xué)，以及其他生命科學(xué)?？捎糜谒{/白篩檢側(cè)中，有活性的酶可以用X-gal來進行檢測，會在裂解β-半乳糖苷酶后形成一個深藍色的產(chǎn)物，并且容易辨識和量化。[10] 它的生產(chǎn)可以透過非水解性誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)異構(gòu)物中的異乳糖─IPTG，從lac操作者中結(jié)合并釋放lac操縱子，從而使轉(zhuǎn)錄起始端繼續(xù)進行。
因為他的高表現(xiàn)性質(zhì)以及它在衰老細胞中的溶酶體累積的特性。盡管有其局限性，它可被當(dāng)作一個老化的標志物，借由進行體內(nèi)和體外在定性和定量可用以測定老化程度。
參考文獻
- ↑ Dorland's Illustrated Medical Dictionary [2006-10-22].
- ↑ Dimri GP, Lee X, Basile G, Acosta M, Scott G, Roskelley C, Medrano EE, Linskens M, Rubelj I, Pereira-Smith O. [http//www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC40985/ A biomarker that identifies senescent human cells in culture and in aging skin in vivo]. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.. September 1995, 92 (20): 9363–7. doi:10.1073/pnas.92.20.9363. PMID 7568133. PMC 40985.
- ↑ Bassaneze V, Miyakawa AA, Krieger JE. A quantitative chemiluminescent method for studying replicative and stress-induced premature senescence in cell cultures. Anal. Biochem.. January 2008, 372 (2): 198–203. doi:10.1016/j.ab.2007.08.016. PMID 17920029.
- ↑ Gary RK, Kindell SM. Quantitative assay of senescence-associated beta-galactosidase activity in mammalian cell extracts. Anal. Biochem.. August 2005, 343 (2): 329–34. doi:10.1016/j.ab.2005.06.003. PMID 16004951.
- ↑ Itahana K, Campisi J, Dimri GP. Methods to detect biomarkers of cellular senescence: the senescnce-associated beta-galactosidase assay. Methods Mol. Biol.. Methods in Molecular Biology. 2007, 371: 21–31. doi:10.1007/978-1-59745-361-5_3. ISBN 978-1-58829-658-0. PMID 17634571.
- ↑ Fowler AV, Zabin I. The amino acid sequence of beta galactosidase. I. Isolation and composition of tryptic peptides. J. Biol. Chem.. October 1970, 245 (19): 5032–41. PMID 4918568.
- ↑ PubMed
- ↑ Matthews BW. The structure of E. coli beta-galactosidase. C. R. Biol.. June 2005, 328 (6): 549–56. doi:10.1016/j.crvi.2005.03.006. PMID 15950161.
- ↑ Gebler JC, Aebersold R, Withers SG. Glu-537, not Glu-461, is the nucleophile in the active site of (lac Z) beta-galactosidase from Escherichia coli. J. Biol. Chem.. June 1992, 267 (16): 11126–30. PMID 1350782.
- ↑ Beta-Galactosidase Assay (A better Miller) - OpenWetWare
外部鏈接
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參考來源
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