Полифенолоксидаза - Polyphenol oxidase
| Катехолоксидаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| ЕС нет. | 1.10.3.2 | ||||||||
| Альт. имена | Полифенолоксидаза | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| BRENDA | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Полифенолоксидаза ( PPO ; также полифенолоксидаза I, хлоропласт ), фермент, участвующий в потемнении фруктов , представляет собой тетрамер , содержащий четыре атома меди на молекулу.
PPO может принимать монофенолы и / или о- дифенолы в качестве субстратов. Фермент работает путем катализировать уплотнительное - гидроксилирование из монофенола молекул , в которых бензольное кольцо содержит один гидроксил заместитель в о -diphenols ( фенольные молекулы , содержащих две гидроксильных заместителей в положениях 1, 2, без углерода между). Она может также дополнительно катализировать окисление в O -diphenols для получения о -quinones . РРО катализирует быструю полимеризацию в о -quinones , чтобы произвести черные, коричневые или красные пигменты ( полифенолы ) , которые вызывают фрукты потемнения .
Аминокислота тирозин содержит одно фенольное кольцо , которое может быть окислен действием ОПП с образованием о -quinone. Следовательно, PPO могут также называться тирозиназами .
Общие продукты, вырабатывающие фермент, включают грибы ( Agaricus bisporus ), яблоки ( Malus domestica ), авокадо ( Persea americana ) и салат ( Lactuca sativa ).
Структура и функции
PPO указан как морфеин , белок, который может образовывать два или более разных гомоолигомера (формы морфеина), но должен разделяться и менять форму для преобразования между формами. Он существует в виде мономера , тример, тетрамер , октамер или dodecamer , создавая множество функций .
У растений PPO представляет собой пластидный фермент с неясным синтезом и функцией. В функциональных хлоропластах он может участвовать в химии кислорода, например, опосредовать псевдоциклическое фотофосфорилирование .
В номенклатуре ферментов различают ферменты монофенолоксидазы ( тирозиназы ) и ферменты о- дифенол: кислород-оксидоредуктазы ( катехолоксидазы ). Субстрат предпочтение tyrosinases и катехол оксидаз находится под контролем аминокислот вокруг двух медных ионов в активном центре .
Распространение и приложения
Смесь ферментов монофенолоксидазы и катехолоксидазы присутствует почти во всех тканях растений, а также может быть обнаружена у бактерий, животных и грибов. У насекомых присутствуют кутикулярные полифенолоксидазы, и их продукты отвечают за устойчивость к высыханию .
Продукт реакции винограда (2-S-глутатионилкафтаровая кислота) представляет собой соединение окисления, производимое действием PPO на кафтаровую кислоту и обнаруженное в вине. Этот составной продукт отвечает за более низкий уровень потемнения некоторых белых вин.
Растения используют полифенолоксидазу как один из средств химической защиты от паразитов .
Ингибиторы
Тирозин является ключевым соединением реакции пигментации / потемнения под действием полифенолоксидазы. Дискриминация этой реакции пигментации ответственна за различные типы заболеваний и расстройств. Существует два типа ингибиторов PPO: те, которые конкурируют с кислородом в медном участке фермента, и те, которые конкурируют с фенолами. Тентоксин также использовался в недавних исследованиях для устранения активности PPO из проростков высших растений. Трополон - ингибитор полифенолоксидазы винограда . Другой ингибитор этого фермента - пиросульфит калия (K 2 S 2 O 5 ). PPO корня банана сильно ингибируется дитиотреитолом и метабисульфитом натрия . Эндогенные белковые фракции действуют как эндогенный ингибитор / регулятор PPO листьев лука (монофенолмонооксигеназа и о-дифенолоксидаза). Дитионит калия (или гидросульфит калия) также является ингибитором PPO.
Анализы
Было разработано несколько анализов для мониторинга активности полифенолоксидаз и оценки эффективности ингибирования ингибиторов полифенолоксидазы. В частности, широко применяются методы спектрофотометрии в ультрафиолетовом / видимом (УФ / видимом) диапазоне . Наиболее распространенный спектрофотометрический анализ в УФ / видимом диапазоне включает мониторинг образования о- хинонов , которые являются продуктами реакций, катализируемых полифенолоксидазой, или потребления субстрата. Также использовался альтернативный спектрофотометрический метод, который включает связывание о- хинонов с нуклеофильными реагентами, такими как гидрохлорид 3-метил-2-бензотиазолинонегидразона (MBTH). Также сообщалось и использовалось другие методы, такие как анализы окрашивания активности с использованием электрофореза в полиакриламидном геле , радиоактивные анализы на основе трития, анализ потребления кислорода и анализ на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
Ферментативное потемнение
Полифенолоксидаза - это фермент, встречающийся во всех царствах растений и животных, включая большинство фруктов и овощей. PPO имеет важное значение для пищевой промышленности, потому что он катализирует ферментативное потемнение при повреждении ткани в результате синяков, сдавливания или вмятин, что делает продукцию менее востребованной и приводит к экономическим потерям. Ферментативное потемнение из-за PPO также может привести к потере питательной ценности фруктов и овощей, что еще больше снижает их ценность.
Поскольку субстраты этих реакций PPO расположены в вакуолях растительных клеток, поврежденных в основном неправильным сбором , PPO инициирует цепочку реакций потемнения. Воздействие кислорода при нарезке ломтиками или пюре также приводит к ферментативному потемнению фруктов и овощей из-за PPO. Примеры, в которых реакция потемнения, катализируемая PPO, может быть желательной, включают авокадо, чернослив, виноград султана, черный чай и зеленые кофейные зерна.
В манго
У манго ферментативное потемнение, катализируемое PPO, в основном вызвано ожогом сока, который приводит к потемнению кожи. PPO катехолоксидазного типа находится в хлоропластах клеток кожи манго, а его фенольные субстраты - в вакуолях. Таким образом, ожог соком является инициирующим событием PPO в кожуре манго, поскольку он разрушает клеточные компартменты. PPO находится в кожуре, соке и мякоти манго, а наибольшая активность проявляется в коже.
В авокадо
PPO в авокадо вызывает быстрое потемнение под воздействием кислорода, многоступенчатый процесс, включающий реакции окисления как монофенолов, так и полифенолов, в результате чего продукты о-хинона впоследствии необратимо превращаются в коричневые полимерные пигменты ( меланины ).
В яблоке
PPO присутствует в хлоропластах и митохондриях всех частей яблока и является основным ферментом, отвечающим за ферментативное потемнение яблок. В связи с увеличением потребительского спроса на предварительно подготовленные фрукты и овощи, решение для ферментативного подрумянивания стало целевой областью исследований и разработки новых продуктов. Например, предварительно нарезанные яблоки являются привлекательным потребительским продуктом, но нарезка яблок вызывает активность PPO, что приводит к потемнению срезанных поверхностей и снижению их эстетических качеств. Поджаривание также происходит в яблочных соках и пюре при неправильном обращении или обработке.
Арктические яблоки , пример генетически модифицированных фруктов, разработанных для снижения активности PPO, представляют собой набор яблок, зарегистрированных под торговой маркой, которые содержат признак отсутствия потемнения, полученный путем подавления экспрессии генов для подавления экспрессии PPO, тем самым подавляя потемнение плодов.
В абрикосе
Абрикос как климактерический плод проходит быстро после сбора урожая созревания . Латентная форма РРА может самопроизвольно активировать в течение первых недель хранения, генерирование активного фермента с молекулярной массой 38 кДа. Комбинации аскорбиновой кислоты и протеазы представляют собой многообещающий практический метод борьбы с потемнением, поскольку обработанные абрикосовые пюре сохраняют свой цвет.
В картофеле
Обнаруженный в высоких концентрациях в кожуре клубней картофеля и в 1-2 мм ткани внешней коры , PPO используется в картофеле в качестве защиты от хищников насекомых, что приводит к ферментативному потемнению из-за повреждения тканей. Повреждение кожной ткани клубня картофеля вызывает нарушение компартментации клеток, что приводит к потемнению. Коричневые или черные пигменты образуются в результате реакции продуктов хинона PPO с аминокислотными группами в клубне. У картофеля гены PPO экспрессируются не только в клубнях картофеля, но также в листьях, черешках , цветках и корнях.
В грецком орехе
У грецкого ореха ( Juglans regia ) были идентифицированы два разных гена ( jr PPO1 и jr PPO2), кодирующие полифенолоксидазы. Два изофермента предпочитают разные субстраты , поскольку jr- PPO1 проявляет более высокую активность по отношению к монофенолам , тогда как jr- PPO2 более активен по отношению к дифенолам .
В черном тополе
Мономерный катехол - оксидаза из Populus Nigra преобразует кофейную кислоту в хинон и меланин в поврежденных клетках .
Родственные ферменты
Профенолоксидаза - это модифицированная форма реакции комплемента, обнаруживаемая у некоторых беспозвоночных, включая насекомых , крабов и червей .
Гемоцианин гомологичен фенолоксидазам (например, тирозиназе ), поскольку оба фермента имеют общую координацию активного центра меди. Гемоцианин также проявляет активность PPO, но с замедленной кинетикой из-за большей стерической массы в активном центре. Частичная денатурация фактически улучшает PPO-активность гемоцианина, обеспечивая больший доступ к активному сайту.
Ауреузидинсинтаза гомологична полифенолоксидазе растений, но содержит некоторые существенные модификации.
Ауроновая синтаза катализирует образование ауронов. Ауронсинтаза, очищенная из Coreopsis grandiflora, демонстрирует слабую тирозиназную активность против изоликвиритигенина , но фермент не реагирует с классическими субстратами тирозиназы L- тирозином и тирамином и поэтому должен быть классифицирован как катехолоксидаза .
