Класс ферментов, способных образовывать изопептидные связи в определенных участках белков.
Трансглутаминазы — это ферменты , которые в природе в первую очередь катализируют 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 высвобождением 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 молекулы). [1] Связи, образованные трансглутаминазой, проявляют высокую устойчивость к протеолитическому расщеплению ( протеолизу ). [2] Реакция выглядит следующим образом : [1]
Трансглутаминазы также могут присоединять первичный амин (RNH 2 ) к боковой цепи карбоксиамидной группы остатка глутамина, связанного с белком/пептидом, образуя таким образом изопептидную связь [1]
Трансглутаминазы были впервые описаны в 1959 году. [3] Точная биохимическая активность трансглутаминаз была обнаружена в белке- факторе свертывания крови XIII в 1968 году. [4]
Примеры
Верхняя реакция показывает, как трансаминаза соединяется с остатком глутамина , высвобождая аммиак , а затем эта комбинация реагирует с аминогруппой остатка лизина другого белка, снова освобождая фермент.
У людей охарактеризовано девять трансглутаминаз, [5] восемь из которых катализируют реакции трансамидирования . Эти ТГазы имеют трех- или четырехдоменную организацию с иммуноглобулин -подобными доменами, окружающими центральный каталитический домен. Основной домен принадлежит к суперсемейству папаиноподобных протеаз (клан CA) и использует каталитическую триаду Cys-His-Asp . [2] Белок 4.2 , также называемый полосой 4.2, является каталитически неактивным членом семейства человеческих трансглутаминаз, который имеет замену Cys на Ala в каталитической триаде. [6]
Бактериальные трансглютаминазы — это однодоменные белки с аналогично сложенным ядром. Трансглютаминаза, обнаруженная в некоторых бактериях, работает на диаде Cys-Asp. [8]
Биологическая роль
Трансглутаминазы образуют сильно сшитые, как правило, нерастворимые белковые полимеры. Эти биологические полимеры необходимы организму для создания барьеров и стабильных структур. Примерами являются сгустки крови ( фактор свертывания XIII ), кожа и волосы . Каталитическая реакция обычно рассматривается как необратимая и должна тщательно контролироваться с помощью обширных механизмов контроля. [2]
Роль в заболевании
Дефицит фактора XIII (редкое генетическое заболевание) предрасполагает к кровотечению ; концентрированный фермент может быть использован для исправления аномалии и снижения риска кровотечения. [2]
Антитела к трансглутаминазе обнаруживаются при целиакии и могут играть роль в повреждении тонкого кишечника в ответ на пищевой глиадин , что характерно для этого состояния. [2] При родственном состоянии герпетиформный дерматит , при котором часто обнаруживаются изменения тонкого кишечника и который реагирует на исключение из рациона продуктов из пшеницы, содержащих глиадин, эпидермальная трансглутаминаза является преобладающим аутоантигеном. [9]
Недавние исследования показывают, что у страдающих неврологическими заболеваниями, такими как болезнь Хантингтона [10] и болезнь Паркинсона [11], могут быть необычно высокие уровни одного типа трансглютаминазы, тканевой трансглютаминазы . Предполагается, что тканевая трансглютаминаза может участвовать в формировании 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
Три бистро-тендера соединяются вместе с помощью трансглютаминазы "мясного клея". Они будут застывать в течение ночи, прежде чем их распакуют, нарежут на порции, приготовят и подадут.Куриный террин, обработанный трансглютаминазой .
В коммерческой переработке пищевых продуктов трансглютаминаза используется для связывания белков . Примерами продуктов, приготовленных с использованием трансглютаминазы, являются имитация крабового мяса и рыбные шарики . Она производится путем ферментации Streptomyces mobaraensis в коммерческих количествах ( P81453 ) или извлекается из крови животных [13] и используется в различных процессах, включая производство переработанных мясных и рыбных продуктов.
Трансглютаминазу можно использовать в качестве связующего агента для улучшения текстуры богатых белком продуктов, таких как сурими или ветчина . [14]
Тромбин – фибриноген , «мясной клей» из коровьего и свиного мяса, был запрещен в качестве пищевой добавки на всей территории Европейского Союза в 2010 году. [15] Трансглютаминаза по-прежнему разрешена и не требует декларирования, поскольку она считается технологической добавкой, а не добавкой, которая остается в конечном продукте.
Молекулярная гастрономия
Трансглютаминаза также используется в молекулярной гастрономии для смешивания новых текстур с существующими вкусами. Помимо этих основных применений, трансглютаминаза использовалась для создания некоторых необычных блюд. Британскому шеф-повару Хестону Блюменталю приписывают внедрение трансглютаминазы в современную кулинарию.
^ abcde DeJong GA, Koppelman SJ (2002). «Реакции, катализируемые трансглутаминазой: влияние на применение в пищевой промышленности». Журнал пищевой науки . 67 (8): 2798–2806. doi :10.1111/j.1365-2621.2002.tb08819.x.
^ abcdef Griffin M, Casadio R, Bergamini CM (декабрь 2002 г.). «Трансглутаминазы: биологические клеи природы». The Biochemical Journal . 368 (Pt 2): 377–96. doi :10.1042/BJ20021234. PMC 1223021. PMID 12366374 .
^ Кларк Д.Д., Мичек М.Дж., Нидл А., Вельш Х. (1959). «Включение аминов в белки». Arch Biochem Biophys . 79 : 338–354. doi :10.1016/0003-9861(59)90413-8.
^ Grenard P, Bates MK, Aeschlimann D (август 2001 г.). «Эволюция генов трансглутаминазы: идентификация кластера генов трансглутаминазы на человеческой хромосоме 15q15. Структура гена, кодирующего трансглутаминазу X, и нового члена семейства генов, трансглутаминазу Z». Журнал биологической химии . 276 (35): 33066–78. doi : 10.1074/jbc.M102553200 . PMID 11390390.
^ Eckert RL, Kaartinen MT, Nurminskaya M, Belkin AM, Colak G, Johnson GV, Mehta K (апрель 2014 г.). «Трансглутаминазная регуляция клеточной функции». Physiological Reviews . 94 (2): 383–417. doi :10.1152/physrev.00019.2013. PMC 4044299 . PMID 24692352.
^ Aeschlimann D, Koeller MK, Allen-Hoffmann BL, Mosher DF (февраль 1998 г.). «Выделение кДНК, кодирующей новый член семейства генов трансглутаминазы из человеческих кератиноцитов. Обнаружение и идентификация продуктов гена трансглутаминазы на основе обратной транскрипции-полимеразной цепной реакции с вырожденными праймерами». Журнал биологической химии . 273 (6): 3452–60. doi : 10.1074/jbc.273.6.3452 . PMID 9452468.
^ Kashiwagi T, Yokoyama K, Ishikawa K, Ono K, Ejima D, Matsui H, Suzuki E (ноябрь 2002 г.). «Кристаллическая структура микробной трансглутаминазы из Streptoverticillium mobaraense». Журнал биологической химии . 277 (46): 44252–60. doi : 10.1074/jbc.M203933200 . PMID 12221081.
^ Sárdy M, Kárpáti S, Merkl B, Paulsson M, Smyth N (март 2002 г.). «Эпидермальная трансглутаминаза (TGase 3) является аутоантигеном герпетиформного дерматита». Журнал экспериментальной медицины . 195 (6): 747–57. doi :10.1084/jem.20011299. PMC 2193738. PMID 11901200 .
^ Karpuj MV, Becher MW, Steinman L (январь 2002 г.). «Доказательства роли трансглутаминазы в болезни Хантингтона и потенциальные терапевтические последствия». Neurochemistry International . 40 (1): 31–6. doi :10.1016/S0197-0186(01)00060-2. PMID 11738470. S2CID 40198925.
^ Vermes I, Steur EN, Jirikowski GF, Haanen C (октябрь 2004 г.). «Повышенная концентрация трансглутаминазы ткани спинномозговой жидкости при болезни Паркинсона, указывающая на апоптоз». Movement Disorders . 19 (10): 1252–4. doi : 10.1002/mds.20197 . PMID 15368613. S2CID 102503.
^ Lesort M, Chun W, Tucholski J, Johnson GV (январь 2002 г.). «Играет ли тканевая трансглутаминаза роль в болезни Хантингтона?». Neurochemistry International . 40 (1): 37–52. doi :10.1016/S0197-0186(01)00059-6. PMID 11738471. S2CID 7983848.
^ Köhler W (22 августа 2008 г.). "Gelijmde slavink" (на голландском языке). NRC Handelsblad . Архивировано из оригинала 20 февраля 2009 г. Получено 6 июля 2024 г.
^ Yokoyama K, Nio N, Kikuchi Y (май 2004). «Свойства и применение микробной трансглутаминазы». Прикладная микробиология и биотехнология . 64 (4): 447–54. doi :10.1007/s00253-003-1539-5. PMID 14740191. S2CID 19068193.
^ "ЕС запрещает "мясной клей" - Новости о безопасности пищевых продуктов". foodsafetynews.com . 24 мая 2010 г. Архивировано из оригинала 5 апреля 2018 г. Получено 6 мая 2018 г.
↑ Jon B (11 февраля 2005 г.). «Лапша, переосмысленная». NBC News . Получено 2 апреля 2008 г.
Дальнейшее чтение
Акбари и др. (2021). «Последние достижения в области биосинтеза микробной трансглутаминазы и его применение в пищевой промышленности». Тенденции в области пищевой науки и технологий . Получено 31 августа 2023 г.
Fesus L, Hitomi K, Kojima S (2015). Трансглутаминазы: множественные функциональные модификаторы и цели для открытия новых лекарств . Springer Japan. ISBN 978-4-431-55823-1.
Nuijens T, Schmidt M (2019). Методы ферментативного лигирования . Humana, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 978-1-4939-9545-5.
Куддус М (2018). Ферменты в пищевых технологиях: усовершенствования и инновации . Springer, Сингапур. ISBN 978-981-13-1932-7.
Kelleher JB (11 мая 2012 г.). «Индустрия защищает ингредиент, который критики высмеивают как «мясной клей»». Chicago Tribune . Получено 20 июля 2012 г.
Мархонс и др. (2023). «Свойства йогурта, обработанного микробной трансглутаминазой и экзополисахаридами». International Dairy Journal . Получено 31 августа 2023 г.
Патент США 5,156,956 – Трансглутаминаза, катализирующая реакцию переноса ацильной группы Γ-карбоксиамидной группы остатка глутамина в пептидной или белковой цепи в отсутствие Ca 2+
.jpg/1280px-ChickenSkinCrustedTerrine_(8302655857).jpg)
