Oksydaza polifenolowa - Polyphenol oxidase
| Oksydaza katecholowa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Nr WE | 1.10.3.2 | ||||||||
| Alt. nazwy | Oksydaza polifenolowa | ||||||||
| Bazy danych | |||||||||
| IntEnz | Widok IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Wpis BRENDY | ||||||||
| ExPASy | Widok NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Wpis KEGG | ||||||||
| MetaCyc | szlak metaboliczny | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| Struktury WPB | RCSB PDB PDBe Suma PDB | ||||||||
| |||||||||
Oksydaza polifenolowa ( PPO ; także oksydaza polifenolowa i, chloroplast ), enzym biorący udział w brązowieniu owoców , jest tetramerem zawierającym cztery atomy miedzi w cząsteczce.
PPO może przyjąć monofenole i / lub ö -diphenols jako substraty. Enzym ten działa poprzez katalizowanie o, - hydroksylacji z monofenolu takie, w których pierścień benzenowy zawierający jeden hydroksyl podstawnik o -diphenols ( fenolowe cząsteczki zawierające dwie hydroksylowe podstawniki w pozycji 1, pozycji 2, bez węgla pomiędzy nimi). Można również dodatkowo katalizują utlenianie z O -diphenols produkować o -quinones . PPO katalizuje szybkiej polimeryzacji o O -quinones produkować czarne, brązowe lub czerwone pigmenty ( polifenole ) powodujące owoców brązowienia .
Aminokwasu tyrozyny zawiera jeden pierścień fenolowy, które mogą być utleniane przez działanie PPO, z wytworzeniem O -quinone. Stąd PPO mogą być również określane jako tyrozynazy .
Powszechne produkty spożywcze wytwarzające ten enzym to grzyby ( Agaricus bisporus ), jabłka ( Malus domestica ), awokado ( Persea americana ) i sałata ( Lactuca sativa ).
Struktura i funkcja
PPO jest wymienione jako morfeeina , białko, które może tworzyć dwa lub więcej różnych homo-oligomerów (formy morfeeiny), ale musi się rozdzielić i zmienić kształt, aby przekształcić się między formami. Istnieje jako monomer , trimer, tetramer , oktamer lub dodekamer , pełniąc wiele funkcji .
W roślinach PPO jest enzymem plastydowym o niejasnej syntezie i funkcji. W funkcjonalnych chloroplastach może brać udział w chemii tlenu, jak pośredniczenie w pseudocyklicznej fotofosforylacji .
Nazewnictwo enzymów rozróżnia enzymy oksydazy monofenolowej ( tyrozynazy ) i oksydoreduktazy o- difenolowo-tlenowej ( oksydazy katecholowe ). Podłoże preferencji tyrosinases i oksydazy katecholu jest kontrolowana przez aminokwasy wokół dwóch miedzianych jonów w miejscu aktywnym .
Dystrybucja i aplikacje
Mieszanina enzymów oksydazy monofenolowej i oksydazy katecholowej występuje prawie we wszystkich tkankach roślinnych, a także można ją znaleźć w bakteriach, zwierzętach i grzybach. U owadów obecne są naskórkowe oksydazy polifenolowe, a ich produkty odpowiadają za tolerancję na wysuszenie .
Produkt reakcji winogron (kwas 2-S glutationylokaftarowy) jest związkiem utleniającym wytwarzanym przez działanie PPO na kwas kaftarowy i znajduje się w winie. Ta produkcja związku odpowiada za niższy poziom brązowienia niektórych białych win.
Rośliny wykorzystują oksydazę polifenolową jako jeden z szeregu chemicznych środków obronnych przeciwko pasożytom .
Inhibitory
Tyrozyna jest kluczowym związkiem reakcji pigmentacji/brązowienia poprzez działanie oksydazy polifenolowej. Dyskryminacja tej reakcji pigmentacyjnej jest odpowiedzialna za różnego rodzaju choroby i zaburzenia. Istnieją dwa typy inhibitorów PPO, te konkurencyjne wobec tlenu w miejscu miedzi enzymu i te konkurencyjne wobec związków fenolowych. Tentoksyna została również wykorzystana w ostatnich badaniach w celu wyeliminowania aktywności PPO z siewek roślin wyższych. Tropolon jest inhibitorem oksydazy polifenolowej z winogron . Innym inhibitorem tego enzymu jest pirosiarczyn potasu (K 2 S 2 O 5 ). PPO korzenia bananowca jest silnie hamowany przez ditiotreitol i pirosiarczyn sodu . Endogenne frakcje białkowe działają endogennym inhibitorem/regulatorem liści cebuli PPO (monooksygenaza monofenolowa i oksydaza o-difenolowa). Inhibitorem PPO jest również ditionin potasu (lub podsiarczyn potasu).
Testy
Opracowano kilka testów do monitorowania aktywności oksydaz polifenolowych i oceny siły hamowania inhibitorów oksydazy polifenolowej. W szczególności szeroko stosowane są testy oparte na spektrofotometrii ultrafioletowej/widzialnej (UV/Vis) . Najpopularniejszy test spektrofotometryczny UV/Vis obejmuje monitorowanie powstawania o- chinonów , które są produktami reakcji katalizowanych oksydazą polifenolową lub zużycia substratu. Zastosowano również alternatywną metodę spektrofotometryczną, która obejmuje sprzęganie o- chinonów z odczynnikami nukleofilowymi, takimi jak chlorowodorek 3-metylo-2-benzotiazolinonohydrazonu (MBTH). Inne metody, takie jak aktywność barwienia testach z użyciem elektroforezy na żelu poliakryloamidowym , tryt -na Testy promieniotwórcze testu zużycia tlenu oraz jądrowy rezonans magnetyczny (NMR) testu bazującego odnotowano również i stosowane.
Brązowienie enzymatyczne
Oksydaza polifenolowa to enzym występujący w całym królestwie roślin i zwierząt, w tym w większości owoców i warzyw. PPO ma znaczenie dla przemysłu spożywczego, ponieważ katalizuje enzymatyczne brązowienie, gdy tkanka jest uszkodzona przez obicia, ściskanie lub wgniecenia, co sprawia, że produkt jest mniej zbywalny na rynku i powoduje straty ekonomiczne. Brązowienie enzymatyczne spowodowane PPO może również prowadzić do utraty wartości odżywczych owoców i warzyw, co dodatkowo obniża ich wartość.
Ponieważ substraty tych reakcji PPO znajdują się w wakuolach komórek roślinnych uszkodzonych głównie przez niewłaściwe zbiory , PPO inicjuje łańcuch reakcji brązowienia. Narażenie na działanie tlenu w plasterkach lub puree prowadzi również do enzymatycznego brązowienia owoców i warzyw przez PPO. Przykłady, w których reakcja brązowienia katalizowana przez PPO może być pożądana, obejmują awokado, suszone śliwki, winogrona sułtanki, czarną herbatę i zielone ziarna kawy.
W mango
W mango brązowienie enzymatyczne katalizowane przez PPO jest spowodowane głównie oparzeniem sokiem, które prowadzi do brązowienia skóry. Oksydaza katecholowa typu PPO znajduje się w chloroplastach komórek skóry mango, a jej substraty fenolowe w wakuolach. Oparzenie sokiem jest zatem zdarzeniem inicjującym PPO w skórze mango, ponieważ rozkłada przedziały komórkowe. PPO znajduje się w skórze, soku i miąższu mango, przy czym najwyższy poziom aktywności znajduje się w skórze.
W awokado
PPO w awokado powoduje szybkie brązowienie pod wpływem tlenu, wieloetapowego procesu obejmującego reakcje utleniania zarówno monofenoli, jak i polifenoli, w wyniku których produkty o-chinonowe są następnie nieodwracalnie przekształcane w brązowe pigmenty polimerowe ( melaniny ).
W jabłku
Obecny w chloroplastach i mitochondriach wszystkich części jabłka, PPO jest głównym enzymem odpowiedzialnym za enzymatyczne brązowienie jabłek. Ze względu na wzrost zapotrzebowania konsumentów na wstępnie przetworzone owoce i warzywa, rozwiązanie w zakresie brązowienia enzymatycznego stało się docelowym obszarem badań i rozwoju nowych produktów. Na przykład wstępnie pokrojone jabłka są atrakcyjnym produktem konsumenckim, ale krojenie jabłek indukuje aktywność PPO, prowadząc do brązowienia pokrojonych powierzchni i obniżenia ich jakości estetycznej. Brązowienie występuje również w sokach i przecierach jabłkowych, gdy są one źle przetwarzane lub przetwarzane.
Jabłka arktyczne , przykład genetycznie zmodyfikowanych owoców opracowanych w celu zmniejszenia aktywności PPO, to zestaw znaków towarowych jabłek, które zawierają cechę niebrąwienia uzyskaną przez wyciszanie genów w celu tłumienia ekspresji PPO, a tym samym hamowania brązowienia owoców.
W moreli
Morela jako owoc przekwitania szybko dojrzewa po zbiorach . Utajony postać PPO może spontanicznie włączyć w pierwszych tygodniach przechowywania, tworząc aktywny enzym o masie cząsteczkowej 38 kDa. Kombinacje kwas askorbinowy / proteaza stanowią obiecującą praktyczną metodę przeciwdziałania brązowieniu, ponieważ poddane obróbce przeciery z moreli zachowały swój kolor.
W ziemniakach
Znajdujący się w wysokich stężeniach w skórce bulw ziemniaka i w 1–2 mm zewnętrznej tkance korowej , PPO jest stosowany w ziemniakach jako obrona przed drapieżnikami owadów, co prowadzi do enzymatycznego brązowienia w wyniku uszkodzenia tkanki. Uszkodzenie tkanki skórnej bulwy ziemniaka powoduje przerwanie podziału komórek, co powoduje brązowienie. Brązowe lub czarne pigmenty powstają w wyniku reakcji produktów chinonowych PPO z grupami aminokwasowymi w bulwie. W ziemniakach geny PPO ulegają ekspresji nie tylko w bulwach ziemniaka, ale także w liściach, ogonkach liściowych , kwiatach i korzeniach.
w orzechu
W orzechu włoskim ( Juglans regia ) zidentyfikowano dwa różne geny ( jr PPO1 i jr PPO2) kodujące oksydazy polifenolowe. Oba izoenzymy preferują różne substraty , ponieważ jr PPO1 wykazuje wyższą aktywność wobec monofenoli , podczas gdy jr PPO2 jest bardziej aktywny wobec difenoli .
W czarnej topoli
Monomeryczne oksydazy katecholu z Populus nigra przekształca kwas kawowy do chinonu i melaninę w uszkodzonych komórkach .
Powiązane enzymy
Oksydaza profenolowa jest zmodyfikowaną formą odpowiedzi dopełniacza występującą u niektórych bezkręgowców, w tym u owadów , krabów i robaków .
Hemocyjanina jest homologiczna do oksydaz fenolowych (np. tyrozynazy ), ponieważ oba enzymy dzielą koordynację z miejscem aktywnym typu miedzi. Hemocyjanina również wykazuje aktywność PPO, ale z spowolnioną kinetyką od większej sterycznej masy w miejscu aktywnym. Częściowa denaturacja faktycznie poprawia aktywność PPO hemocyjaniny, zapewniając większy dostęp do miejsca aktywnego.
Syntaza aureuzydyny jest homologiczna do roślinnej oksydazy polifenolowej, ale zawiera pewne istotne modyfikacje.
Syntaza Aurone katalizuje powstawanie auronów. Syntaza Auronu oczyszczona z Coreopsis grandiflora wykazuje słabą aktywność tyrozynazy wobec izolikwirytygeniny , ale enzym ten nie reaguje z klasycznymi substratami tyrozynazy L- tyrozyną i tyraminą i dlatego musi być zaklasyfikowany jako oksydaza katecholowa .
