Кто такие тирозиназы?

9 November 2019

Тирозиназы – группа двухъядерных ферментов меди и их близкородственные соединения, такие как катехолоксидазы (известные под общим названием полифенолоксидазы), которые в основном обнаруживаются в различных группах бактерий, грибов, растений и животных, которые используют фенольные соединения в качестве субстратов и продуцируют такие соединения, как меланин и многие другие полифенольные продукты, которые являются биологически очень важными.

Тирозиназа обладает двойной функциональностью, которая вызывает активность монофенолазы и активность дифенолазы.

Этот фермент очень важен для живых организмов, выполняющих различные функции, такие как производство меланина для защитного механизма от ультрафиолетового излучения.

https://images.app.goo.gl/ppG58hUdcPTZDux28
https://images.app.goo.gl/ppG58hUdcPTZDux28

Для растений это важно при производстве фенольных полимеров, таких как дубильные вещества, лигнин, флавоноиды и для регуляции окислительно-восстановительного потенциала при дыхании растительных клеток и заживлении ран у растений.

Способность тирозиназы реагировать с фенолами делает ее полезной для биотехнологических, биосенсорных и биокаталитических применений.

В дальнейшем она может применяться для детоксикации воды и почвы, загрязненных фенольными соединениями, при биосинтезе лекарственных веществ, настоятельно рекомендуемых для пациентов с болезнью Паркинсона, а также в качестве пищевых добавок благодаря их "сшивающим" свойствам во время обработки пищевых продуктов.

Также сообщается об индивидуальной адаптации полимеров, таких как прививка белков шелка на хитозан в результате реакции с тирозиназой.

Streptomyces glaucescens является источником наиболее характерной тирозиназы наряду с грибными видами, такими как Agaricus bisporus и Neurospora crassa. Тирозиназа из грибковых и позвоночных источников инициирует первый этап образования меланина из тирозина.

Растения обладают множеством фенольных субстратов, поэтому они окисляются тирозиназой, что наблюдается при потемнении, когда ткани растения повреждены. Ферментный экстракт Agaricus bisporus очень гомологичен ферментному экстракту млекопитающих, что делает его подходящей моделью для изучения меланогенеза.

Структура тирозиназы

Из-за многочисленных источников тирозиназы ее структурные свойства различны по природе, а также по распределению в тканях и клетках, поэтому общий белок не наблюдается у всех видов. Различие наблюдается в первичной структуре, размере, в пост-модификационных сайтах, таких как активный сайт, и в механизме гликозилирования.

Общим для всех тирозиназ является их двухъядерный медный центр типа III, содержащий два атома меди, каждый из которых связан с шестью молекулами гистидина в своем активном центре. Эти атомы меди связаны с кислородом воздуха, который катализирует две разные реакции:

  1. орто-гидроксилирование монофенолов
  2. окисление о-дифенолов в о-хиноны.

Человеческие тирозиназы представляют собой гликопротеины, которые связаны с мембранами, и их мономеры имеют более одной изоформы. Аналогично, тирозиназы из бактерий, подобных видам Streptomyces, имеют немодифицированные мономеры с молекулярной массой 30 кДа.

Источники тирозинаны

Тирозиназа может вырабатываться и извлекаться из ряда организмов, таких как бактерии, грибы, растения и млекопитающие. Тирозиназы могут быть очищены из этих источников и изучены для специфического функционирования.

Методы очистки тирозиназ

Природные ферменты трудно очищать, так как тирозиназы также демонстрируют низкую степень очистки, поскольку они являются природными ферментами. Наиболее распространенными методами очистки тирозиназ являются осаждение сульфата аммония, соли кальция или ацетона.

Применение тирозиназы в различных отраслях промышленности

Тирозиназа активно используется в двух самых важных направлениях биотехнологии, как медицинская и пищевая отрасли.

1. Медицинское применение

Тирозиназа участвует в биосинтезе меланина в меланосомах, вызывающих пигментацию кожи, волос и глаз у млекопитающих, обеспечивая защиту от ультрафиолета. Фермент играет решающую роль в иммунном ответе (первичном) и заживлении ран у растений, различных беспозвоночных, а также губках.

Морские губки
https://pixabay.com/ru/photos/%D0%B3%D1%83%D0%B1%D0%BA%D0%B8-%D0%B3%D1%83%D0%B1%D0%BA%D0%B8-%D0%BD%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5-3757293/
Морские губки
https://pixabay.com/ru/photos/%D0%B3%D1%83%D0%B1%D0%BA%D0%B8-%D0%B3%D1%83%D0%B1%D0%BA%D0%B8-%D0%BD%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5-3757293/

2. Пищевая промышленность

Этот фермент вырабатывает гидроксильный тирозол с применением пищевой добавки. Он используется в пищевой промышленности, например, для производства теафлавинов - коллекции соединений черного чая, обладающих противораковыми и другими свойствами.

Биополимеры выполняют функцию эмульгаторов и производят меньше жирной и менее калорийной пищи. Природные полимеры могут быть сшиты для получения новых полимеров с использованием грибной тирозиназы. Они образуют поперечные связи на основе доступности и обилия целевого белка.

А также тирозиназа обеспечивает простой способ преобразования побочных продуктов переработки пищевых продуктов в экологически благоприятные продукты с ценными функциональными характеристиками.