Class of enzymes capable of forming isopeptide bonds in certain regions of proteins
Трансглутаминазы — это ферменты , которые в природе катализируют преимущественно образование изопептидной связи между γ- карбоксамидными группами (-(C=O)NH 2 ) боковых цепей остатков глутамина и ε- аминогруппами (-NH 2 ) боковых цепей остатков лизина. с последующим выделением аммиака (NH 3 ). Остатки лизина и глутамина должны быть связаны с пептидом или белком , чтобы могла произойти эта реакция сшивания (между отдельными молекулами) или внутримолекулярная (внутри одной и той же молекулы). [1] Связи, образуемые трансглутаминазой, обладают высокой устойчивостью к протеолитическому расщеплению ( протеолизу ). [2] Реакция [1]
Трансглутаминазы также могут присоединять первичный амин (RNH 2 ) к карбоксиамидной группе боковой цепи связанного с белком/пептидом остатка глутамина, образуя таким образом изопептидную связь [1].
Трансглутаминазы были впервые описаны в 1959 году. [3] Точная биохимическая активность трансглутаминаз была обнаружена в белке свертывания крови XIII в 1968 году. [4]
Примеры
У человека охарактеризовано девять трансглутаминаз, [5] восемь из которых катализируют реакции трансамидирования . Эти ТГазы имеют трех- или четырехдоменную организацию с иммуноглобулиноподобными доменами, окружающими центральный каталитический домен. Основной домен принадлежит к суперсемейству папаин-подобных протеаз (клану CA) и использует каталитическую триаду Cys-His-Asp . [2] Белок 4.2 , также называемый полосой 4.2, является каталитически неактивным членом семейства трансглутаминаз человека, который имеет замену Cys на Ala в каталитической триаде. [6]
Бактериальные трансглутаминазы представляют собой однодоменные белки с ядром, имеющим сходную структуру. Трансглутаминаза, обнаруженная у некоторых бактерий, работает на диаде Cys-Asp. [8]
Биологическая роль
Трансглутаминазы образуют сильно сшитые, обычно нерастворимые белковые полимеры. Эти биологические полимеры необходимы организму для создания барьеров и стабильных структур. Примерами являются тромбы ( фактор свертывания крови XIII ), кожа и волосы . Каталитическую реакцию обычно считают необратимой, и ее необходимо тщательно контролировать с помощью обширных механизмов контроля. [2]
Роль в болезни
Дефицит фактора XIII (редкое генетическое заболевание) предрасполагает к кровотечению ; концентрированный фермент можно использовать для коррекции патологии и снижения риска кровотечения. [2]
Антитела к трансглутаминазе обнаруживаются при целиакии и могут играть роль в повреждении тонкой кишки в ответ на диетический глиадин , который характеризует это состояние. [2] При родственном заболевании герпетиформном дерматите , при котором часто обнаруживаются изменения в тонкой кишке и которое реагирует на исключение из рациона глиадинсодержащих продуктов пшеницы, эпидермальная трансглутаминаза является преобладающим аутоантигеном. [9]
Недавние исследования показывают, что страдающие неврологическими заболеваниями, такими как болезнь Хантингтона [10] и болезнь Паркинсона [11], могут иметь необычно высокие уровни одного типа трансглутаминазы — тканевой трансглутаминазы . Предполагается, что тканевая трансглутаминаза может участвовать в образовании белковых агрегатов, вызывающих болезнь Хантингтона, хотя, скорее всего, это не обязательно. [2] [12]
По состоянию на конец 2007 года для этого класса ферментов было решено 19 структур с кодами доступа PDB 1EVU, 1EX0, 1F13, 1FIE, 1G0D, 1GGT, 1GGU, 1GGY, 1IU4, 1KV3, 1L9M, 1L9N, 1NUD, 1NUF, 1NUG, 1QRK, 1RLE, 1SGX и 1VJJ.
Промышленное и кулинарное применение
В коммерческой пищевой промышленности трансглутаминаза используется для связывания белков . Примеры продуктов, приготовленных с использованием трансглутаминазы, включают имитацию крабового мяса и рыбные шарики . Он производится путем ферментации Streptomyces mobaraensis в коммерческих количествах ( P81453 ) или экстрагируется из крови животных [13] и используется в различных процессах, включая производство обработанных мясных и рыбных продуктов.
Трансглутаминазу можно использовать в качестве связующего агента для улучшения текстуры богатых белком продуктов, таких как сурими или ветчина . [14]
Тромбин - фибриногеновый «мясной клей» из крупного рогатого скота и свиньи был запрещен на всей территории Европейского Союза в качестве пищевой добавки в 2010 году. [15] Трансглутаминаза остается разрешенной и не требует декларирования, поскольку она считается технологической добавкой, а не добавкой. который остается в конечном продукте.
Молекулярная кухня
Трансглютаминаза также используется в молекулярной гастрономии для объединения новых текстур с существующими вкусами. Помимо этих основных применений, трансглутаминаза использовалась для создания некоторых необычных продуктов. Британскому шеф-повару Хестону Блюменталю приписывают введение трансглутаминазы в современную кулинарию.
^ abcde ДеДжонг Г.А., Коппельман С.Дж. (2002). «Реакции, катализируемые трансглутаминазой: влияние на применение в пищевых продуктах». Журнал пищевой науки . 67 (8): 2798–2806. doi :10.1111/j.1365-2621.2002.tb08819.x.
^ abcdef Гриффин М., Касадио Р., Бергамини CM (декабрь 2002 г.). «Трансглутаминазы: природные биологические клеи». Биохимический журнал . 368 (Часть 2): 377–96. дои : 10.1042/BJ20021234. ПМК 1223021 . ПМИД 12366374.
^ Кларк Д.Д., Мычек М.Дж., Нейдл А., Вельш Х. (1959). «Включение аминов в белки». Арх Биохим Биофиз . 79 : 338–354. дои : 10.1016/0003-9861(59)90413-8.
^ Пизано Дж. Дж., Финлейсон Дж. С., член парламента Пейтона (май 1968 г.). «[Поперечная связь в фибрине, полимеризованном фактором 13: эпсилон-(гамма-глутамил)лизин]». Наука . 160 (3830): 892–3. Бибкод : 1968Sci...160..892P. дои : 10.1126/science.160.3830.892. PMID 4967475. S2CID 95459438.
^ Гренард П., Бейтс М.К., Эшлиманн Д. (август 2001 г.). «Эволюция генов трансглутаминазы: идентификация кластера генов трансглутаминазы на хромосоме 15q15 человека. Структура гена, кодирующего трансглутаминазу X, и новый член семейства генов, трансглутаминаза Z». Журнал биологической химии . 276 (35): 33066–78. дои : 10.1074/jbc.M102553200 . ПМИД 11390390.
^ Эккерт Р.Л., Каартинен М.Т., Нурминская М., Белкин А.М., Колак Г., Джонсон Г.В., Мехта К. (апрель 2014 г.). «Трансглутаминазная регуляция функции клеток». Физиологические обзоры . 94 (2): 383–417. doi : 10.1152/physrev.00019.2013. ПМК 4044299 . ПМИД 24692352.
^ Эшлиманн Д., Келлер М.К., Аллен-Хоффманн Б.Л., Мошер Д.Ф. (февраль 1998 г.). «Выделение кДНК, кодирующей новый член семейства генов трансглутаминазы, из кератиноцитов человека. Обнаружение и идентификация продуктов гена трансглутаминазы на основе полимеразной цепной реакции обратной транскрипции с вырожденными праймерами». Журнал биологической химии . 273 (6): 3452–60. дои : 10.1074/jbc.273.6.3452 . ПМИД 9452468.
^ Касиваги Т., Ёкояма К., Исикава К., Оно К., Эдзима Д., Мацуи Х., Сузуки Э. (ноябрь 2002 г.). «Кристаллическая структура микробной трансглутаминазы Streptoverticillium mobaraense». Журнал биологической химии . 277 (46): 44252–60. дои : 10.1074/jbc.M203933200 . ПМИД 12221081.
^ Сарди М, Карпати С, Меркл Б, Паулссон М, Смит Н (март 2002 г.). «Эпидермальная трансглутаминаза (TGase 3) является аутоантигеном герпетиформного дерматита». Журнал экспериментальной медицины . 195 (6): 747–57. дои : 10.1084/jem.20011299. ПМК 2193738 . ПМИД 11901200.
^ Карпуй М.В., Бехер М.В., Штейнман Л. (январь 2002 г.). «Доказательства роли трансглутаминазы при болезни Хантингтона и потенциальных терапевтических последствиях». Нейрохимия Интернэшнл . 40 (1): 31–6. дои : 10.1016/S0197-0186(01)00060-2. PMID 11738470. S2CID 40198925.
^ Вермес I, Стер Э.Н., Йириковски Г.Ф., Хаанен С. (октябрь 2004 г.). «Повышенная концентрация трансглутаминазы тканей спинномозговой жидкости при болезни Паркинсона, указывающая на апоптоз». Двигательные расстройства . 19 (10): 1252–4. дои : 10.1002/mds.20197 . PMID 15368613. S2CID 102503.
^ Лесорт М., Чун В., Тухольски Дж., Джонсон Г.В. (январь 2002 г.). «Играет ли тканевая трансглутаминаза роль в болезни Хантингтона?». Нейрохимия Интернэшнл . 40 (1): 37–52. дои : 10.1016/S0197-0186(01)00059-6. PMID 11738471. S2CID 7983848.
^ Кёлер В. (22 августа 2008 г.). «Gelijmde slavink» (на голландском языке). НРК Хандельсблад . Архивировано из оригинала 20 февраля 2009 года . Проверено 6 июля 2024 г.
^ Ёкояма К., Нио Н., Кикучи Ю. (май 2004 г.). «Свойства и применение микробной трансглутаминазы». Прикладная микробиология и биотехнология . 64 (4): 447–54. дои : 10.1007/s00253-003-1539-5. PMID 14740191. S2CID 19068193.
^ «ЕС запрещает «мясной клей» - Новости безопасности пищевых продуктов» . foodsafetynews.com . 24 мая 2010 г. Архивировано из оригинала 5 апреля 2018 г. . Проверено 6 мая 2018 г.
^ Джон Б. (11 февраля 2005 г.). «Лапша заново изобретенная». Новости Эн-Би-Си . Проверено 2 апреля 2008 г.
дальнейшее чтение
Акбари и др. (2021). «Последние достижения в биосинтезе микробной трансглутаминазы и ее применении в пищевой промышленности». Тенденции в пищевой науке и технологиях . Проверено 31 августа 2023 г.
Фесус Л., Хитоми К., Кодзима С. (2015). Трансглутаминазы: множественные функциональные модификаторы и мишени для открытия новых лекарств . Спрингер Япония. ISBN 978-4-431-55823-1.
Нуйенс Т., Шмидт М. (2019). Ферментативные методы лигирования . Хумана, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 978-1-4939-9545-5.
Куддус М (2018). Ферменты в пищевой технологии: усовершенствования и инновации . Спрингер, Сингапур. ISBN 978-981-13-1932-7.
Келлехер Дж.Б. (11 мая 2012 г.). «Промышленность защищает высмеиваемый критиками ингредиент термин «мясной клей»». Чикаго Трибьюн . Проверено 20 июля 2012 г.
Мархонс и др. (2023). «Свойства йогурта, обработанного микробной трансглутаминазой и экзополисахаридами». Международный молочный журнал . Проверено 31 августа 2023 г.
Патент США 5156956 – Трансглутаминаза, катализирующая реакцию ацильного переноса Γ-карбоксиамидной группы остатка глутамина в пептидной или белковой цепи в отсутствие Ca 2+.