Oksydaza polifenolowa
| Identyfikatory | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| oksydazy katecholowej | |||||||||
| 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 | ||||||||
| PRYAM | profil | ||||||||
| Struktury WPD | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Oksydaza polifenolowa ( PPO ; także oksydaza polifenolowa i, chloroplastyczna ), enzym biorący udział w brązowieniu owoców , to tetramer zawierający cztery atomy miedzi w cząsteczce.
PPO może przyjmować jako substraty monofenole i/lub o -difenole . Enzym działa poprzez katalizowanie o - hydroksylacji cząsteczek monofenolu , w których pierścień benzenowy zawiera pojedynczy podstawnik hydroksylowy do o -difenoli ( cząsteczki fenolu zawierające dwa podstawniki hydroksylowe w pozycjach 1, 2, bez węgla pomiędzy). Może również dodatkowo katalizować utlenianie o -difenole w celu wytworzenia o -chinonów . PPO katalizuje szybką polimeryzację o - chinonów w celu wytworzenia czarnych, brązowych lub czerwonych pigmentów ( polifenoli ), które powodują brązowienie owoców .
Aminokwas tyrozyna zawiera pojedynczy pierścień fenolowy, który może zostać utleniony pod wpływem działania PPO , tworząc o -chinon. Dlatego też PPO mogą być również określane jako tyrozynazy .
Typowe pokarmy wytwarzające ten enzym to grzyby ( Agaricus bisporus ), jabłka ( Malus domowy ), awokado ( Persea americana ) i sałata ( Lactuca sativa ).
Struktura i funkcja
PPO jest wymienione jako morfeeina , białko, które może tworzyć dwa lub więcej różnych homooligomerów (form morfeeiny), ale musi się rozdzielić i zmienić kształt, aby przekształcić się między formami. Występuje jako monomer , trimer, tetramer , oktamer lub dodekamer , tworząc wiele funkcji .
W roślinach PPO jest enzymem plastydowym o niejasnej syntezie i funkcji. W funkcjonalnych chloroplastach może brać udział w chemii tlenu, np. za pośrednictwem pseudocyklicznej fotofosforylacji .
Nazewnictwo enzymów rozróżnia enzymy oksydazy monofenolowej ( tyrozynazy ) i enzymy oksydoreduktazy o -difenol:tlen ( oksydazy katecholowe ). Preferencje substratowe tyrozynaz i oksydaz katecholowych są kontrolowane przez aminokwasy wokół dwóch jonów miedzi w miejscu aktywnym .
Dystrybucja i zastosowania
Mieszanina enzymów oksydazy monofenolowej i oksydazy katecholowej jest obecna w prawie wszystkich tkankach roślinnych, można ją również znaleźć w bakteriach, zwierzętach i grzybach. U owadów obecne są w kutikulinie oksydazy polifenolowe, których produkty odpowiadają za tolerancję na wysychanie .
Produkt reakcji winogron (2-S kwas glutationylokaftarowy) to związek utleniający powstający w wyniku działania PPO na kwas kaftarowy i występujący w winie. Ta złożona produkcja jest odpowiedzialna za niższy poziom brązowienia niektórych win białych.
Rośliny wykorzystują oksydazę polifenolową jako jeden z elementów chemicznej obrony przed pasożytami .
Inhibitory
Istnieją dwa rodzaje inhibitorów PPO, konkurencyjne wobec tlenu w miejscu miedziowym enzymu i te konkurencyjne wobec fenoli. W ostatnich badaniach tentoksynę zastosowano także do eliminacji aktywności PPO z sadzonek roślin wyższych. Tropolon jest inhibitorem oksydazy polifenolowej z winogron . Innym inhibitorem tego enzymu jest pirosiarczyn potasu . Aktywność PPO z korzenia banana jest silnie hamowana przez ditiotreitol i pirosiarczyn sodu , podobnie jak PPO z owoców banana przez podobne środki zawierające siarkę związki, w tym ditionian sodu i cysteina , oprócz kwasu askorbinowego (witamina C).
Testy
Opracowano kilka testów w celu monitorowania aktywności oksydaz polifenolowych i oceny siły hamowania inhibitorów oksydazy polifenolowej. W szczególności szeroko stosowane są testy oparte na spektrofotometrii ultrafioletowej/widzialnej (UV/Vis) . Najpowszechniejsza metoda spektrofotometrii UV/Vis polega na monitorowaniu powstawania o -chinonów , które są produktami reakcji katalizowanych oksydazą polifenolową, lub zużycia substratu. Alternatywna metoda spektrofotometryczna polegająca na sprzęganiu o -chinonów z odczynnikami nukleofilowymi taki jak chlorowodorek hydrazonu 3-metylo-2-benzotiazolinonu (MBTH). Opisano i zastosowano również inne techniki, takie jak testy barwienia aktywnego z wykorzystaniem elektroforezy w żelu poliakryloamidowym , testy radioaktywne na bazie trytu , testy zużycia tlenu i testy na bazie magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).
Brązowienie enzymatyczne
Oksydaza polifenolowa to enzym występujący w królestwie roślin i zwierząt, w tym w większości owoców i warzyw. PPO ma znaczenie dla przemysłu spożywczego, ponieważ katalizuje brązowienie enzymatyczne, gdy tkanka jest uszkodzona w wyniku stłuczeń, ucisku lub wgnieceń, co sprawia, że produkty są mniej przydatne do sprzedaży i powodują straty ekonomiczne. Brązowienie enzymatyczne spowodowane PPO może również prowadzić do utraty wartości odżywczych owoców i warzyw, jeszcze bardziej obniżając ich wartość.
Ponieważ substraty tych reakcji PPO znajdują się w wakuolach komórek roślinnych uszkodzonych głównie w wyniku nieprawidłowego zbioru , PPO inicjuje łańcuch reakcji brązowienia. Wystawienie na działanie tlenu podczas krojenia w plasterki lub puree prowadzi również do enzymatycznego brązowienia przez PPO w owocach i warzywach. Przykłady, w których reakcja brązowienia katalizowana przez PPO może być pożądana, obejmują awokado, suszone śliwki, winogrona sułtańskie, czarną herbatę i zielone ziarna kawy.
W mango
W przypadku mango brązowienie enzymatyczne katalizowane PPO jest spowodowane głównie oparzeniem soków, które prowadzi do brązowienia skórki. [ potrzebne źródło ] PPO typu oksydazy katecholowej znajduje się w chloroplastach komórek skóry mango i jego substratach fenolowych w wakuolach. Dlatego oparzenie soków jest zdarzeniem inicjującym PPO w skórce mango, ponieważ rozkłada ono przedziały komórkowe. PPO znajduje się w skórce, soku i miąższu mango, przy czym najwyższy poziom aktywności występuje w skórze.
W awokado
PPO zawarty w awokado powoduje szybkie brązowienie pod wpływem tlenu. Jest to wieloetapowy proces obejmujący reakcje utleniania zarówno monofenoli , jak i polifenoli, w wyniku czego produkty o-chinonowe przekształcają się następnie nieodwracalnie w brązowe pigmenty polimerowe ( melaniny ).
W jabłku
Obecny w chloroplastach i mitochondriach wszystkich części jabłka, PPO jest głównym enzymem odpowiedzialnym za enzymatyczne brązowienie jabłek. W związku ze wzrostem zapotrzebowania konsumentów na wstępnie przygotowane owoce i warzywa, rozwiązaniem do brązowienia enzymatycznego stało się docelowym obszarem badań i rozwoju nowych produktów. Przykładowo, wstępnie pokrojone jabłka są atrakcyjnym produktem konsumenckim, ale krojenie jabłek indukuje aktywność PPO, co prowadzi do brązowienia powierzchni przekrojonych i obniżenia ich estetyki. Brązowienie występuje również w sokach i przecierach jabłkowych, jeśli są źle traktowane lub przetwarzane.
Jabłka arktyczne , przykład genetycznie zmodyfikowanych owoców zaprojektowanych w celu zmniejszenia aktywności PPO, to zestaw jabłek objętych znakiem towarowym , które zawierają cechę niebrązowienia uzyskaną w wyniku wyciszania genów w celu tłumienia ekspresji PPO, hamując w ten sposób brązowienie owoców.
W moreli
Morela jako owoc klimakteryjny podlega szybkiemu dojrzewaniu pozbiorczemu . Ukryta o masie cząsteczkowej 38 kDa. Kombinacje kwasu askorbinowego i proteazy stanowią obiecującą praktyczną metodę zapobiegania brązowieniu, ponieważ poddane obróbce przeciery morelowe zachowują swój kolor.
W ziemniaku
Występujący w dużych stężeniach w skórce bulw ziemniaka i 1–2 mm zewnętrznej tkanki kory ziemniaka, PPO jest stosowany w ziemniakach jako środek ochronny przed drapieżnikami owadów, co prowadzi do enzymatycznego brązowienia w wyniku uszkodzenia tkanki. [ potrzebne źródło ] Uszkodzenie tkanki skórki bulwy ziemniaka powoduje zaburzenie podziału komórek, co powoduje brunatnienie. Brązowe lub czarne pigmenty powstają w wyniku reakcji chinonowych PPO z grupami aminokwasowymi w bulwie. W ziemniakach geny PPO ulegają ekspresji nie tylko w bulwach ziemniaka, ale także w liściach, ogonki , kwiaty i korzenie.
W orzechu
W orzechu włoskim ( Juglans regia ) zidentyfikowano dwa różne geny ( jr PPO1 i jr PPO2) kodujące oksydazy polifenolowe. Obydwa izoenzymy preferują różne substraty , gdyż jr PPO1 wykazuje większą aktywność w stosunku do monofenoli , podczas gdy jr PPO2 jest bardziej aktywny w stosunku do difenoli .
W czarnej topoli
Monomeryczna oksydaza katecholowa z Populus nigra przekształca kwas kawowy w chinon i melaninę w uszkodzonych komórkach .
Powiązane enzymy
Profenoloksydaza jest zmodyfikowaną formą odpowiedzi dopełniacza występującą u niektórych bezkręgowców, w tym owadów , krabów i robaków .
Hemocyjanina jest homologiczna z oksydazami fenolowymi (np. tyrozynazą ), ponieważ oba enzymy mają wspólną koordynację typu miejsca aktywnego miedzi. Hemocyjanina wykazuje również aktywność PPO, ale ze spowolnioną kinetyką z powodu większej sterycznej w miejscu aktywnym. Częściowa denaturacja faktycznie poprawia aktywność PPO hemocyjaniny, zapewniając większy dostęp do miejsca aktywnego.
Syntaza aureuzydyny jest homologiczna z roślinną oksydazą polifenolową, ale zawiera pewne istotne modyfikacje.
Syntaza auronu katalizuje powstawanie auronów. Syntaza auronu oczyszczona z Coreopsis grandiflora wykazuje słabą aktywność tyrozynazy wobec izolikwirytygeniny , ale enzym nie reaguje z klasycznymi substratami tyrozynazy , L- tyrozyną i tyraminą , i dlatego należy ją klasyfikować jako oksydazę katecholową .
