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Articulo de referencia

Inulinasa

La inulinasa ( EC 3.2.1.7 y EC 3.2.1.8 , inulasa, endoinulinasa, endo-inulinasa, exoinulinasa, 2,1-β- D -fructano fructanohidrolasa ) es una enzima con nombre sistemático 1-β- D...

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La inulinasa ( EC 3.2.1.7 y EC 3.2.1.8 , inulasa, endoinulinasa, endo-inulinasa, exoinulinasa, 2,1-β- D -fructano fructanohidrolasa ) es una enzima con nombre sistemático 1-β- D -fructano fructanohidrolasa . [ 1 ] [ 2 ]

Cataliza la reacción:

Endohidrólisis de los enlaces (2→1)-β- D -fructosídicos en la inulina

La inulinasa tiene dos números EC: 3.2.1.7 [ 3 ] y 3.2.1.8 [ 2 ] , correspondientes a las inulinasas endo y exo, respectivamente. Esto la clasifica como una hidrolasa, específicamente una glicosilasa de naturaleza glicosídica capaz de hidrolizar O- y S-glicosilos. Debido a sus reacciones químicas, la industria alimentaria utiliza esta enzima para elaborar jarabe de alta fructosa. Puede extraerse de muchos tubérculos, como la alcachofa de Jerusalén, la dalia y la achicoria [ 4 ] .

Mecanismo de reacción

La reacción enzimática se produce entre la inulinasa y la inulina, con la ayuda del agua mediante hidrólisis. Generalmente se lleva a cabo en un solo paso. [ 5 ] La reacción se centra en la ruptura de un enlace. [ 6 ] Los productos resultantes son jarabe de fructosa y fructooligosacáridos. Cuando estos productos fermentan, pueden formarse otros: ácido láctico, bioetanol, ácido cítrico, etc. Los mecanismos implicados pueden considerarse altamente eficientes en comparación con otras enzimas.

Producción de inulinasa

Existen varios lugares donde se puede encontrar y producir inulinasa. Una forma común es a través de plantas, generalmente hortalizas de raíz tubular (alcachofa de Jerusalén, dalia, achicoria), de donde se puede extraer la inulinasa. [ 7 ] En este caso, se produce jarabe de fructosa que es utilizado por la industria alimentaria. [ 4 ]

Aspergillus tubingensis , un hongo que puede producir inulina e inulinasa [ 7 ].

Otra forma es la extracción mediante bacterias (endófitos fúngicos, Kluyveromyces marxianus, Cryptococcus aureus). También se utilizan comúnmente bacterias marinas, levaduras y hongos. [ 8 ]

Alcachofas de Jerusalén, originarias de Norteamérica [ 9 ]

Función

Como enzima catalítica, la inulinasa, ya sea endo- o exo, destruye los enlaces de una fructosa unida a la cadena de inulina. [ 2 ] Diversas afinidades, dependiendo del entorno, afectarán la forma en que la inulinasa interactúa con la inulina. Funciona eficazmente entre 40 y 80 grados Celsius, aunque, según la fuente de la enzima, puede funcionar bien incluso a 30 grados Celsius. [ 10 ]

En lo que respecta a su vinculación con un metabolismo más amplio, ayuda a descomponer la inulina. Cuando las personas consumen inulina (una fibra soluble), la inulinasa la descompone y pasa por fermentación. [ 11 ]

Estructura

Estructura cristalina de la hidrolasa exo-inulinasa de Aspergillus awamori [ 12 ]

La inulinasa contiene un dominio N-terminal de la familia 32 de glicosil hidrolasas que forma una estructura de hélice beta de cinco aspas [ 13 ] y un dominio C-terminal de la familia 32 de glicosil hidrolasas. Forma un módulo sándwich beta . [ 13 ]

Las estructuras cristalinas se muestran aquí a ambos lados de la página. Las dos estructuras de la endo-inulinasa y la exo-inulinasa están formadas principalmente por láminas beta, con la excepción de la endo-inulinasa, que posee una hélice alfa. Esta formación de láminas beta permite que las estructuras sean más estables durante las reacciones químicas. [ 14 ]

Estructura cristalina de la hidrolasa endo-inulinasa de Bifidobacterium adolescentis expresada en Escherichia coli [ 15 ]

Sitios activos y regulados

Ambas inulinasas tienen sitios activos diferentes: la exoinulinasa tiene forma de embudo, mientras que la endoinulinasa tiene forma de bolsillo. [ 16 ] Su estructura es compleja debido a que los aminoácidos deben estar en equilibrio entre catalíticos y conservados para lograr un sitio activo enzimático estable. Según la referencia más reciente, tres aminoácidos (serina, ácido aspártico y ácido glutámico) se unen mediante un enlace de hidrógeno a la molécula de fructosa que se une a la exoinulinasa. En cambio, otros tres aminoácidos (ácido glutámico, triptófano y asparagina) se unen mediante un enlace de hidrógeno a la molécula de cetosa que se une a la endoinulinasa. [ 16 ]

La estructura de las enzimas puede o no influir en su función. Cada versión de la enzima tiene aproximadamente 518 aminoácidos en su secuencia. [ 12 ] [ 15 ] Debido a las diferencias expresadas en las endo- y exo-inulinasas, será necesario demostrar o refutar si la estructura de estas enzimas es la razón de la funcionalidad de la inulinasa.

Referencias

  1. ↑ Adams M, Richtmyer NK, Hudson CS (1943). "Algunas enzimas presentes en preparaciones de invertasa altamente purificadas; una contribución al estudio de fructofuranosidasas, galactosidasas, glucosidasas y mannosidasas". J. Am. Chem. Soc . 65 (7): 1369– 1380. Bibcode : 1943JAChS..65.1369A . doi : 10.1021/ja01247a029 .
  2. 1 2 3 Liu Y, Zhou SH, Cheng YR, Chi Z, Chi ZM, Liu GL (2016). "Efecto sinérgico entre la exo-inulinasa recombinante y la endo-inulinasa en la hidrólisis de inulina". Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic . 128 : 27– 38. doi : 10.1016/j.molcatb.2016.03.005 . ISSN 1381-1177 . 
  3. ↑ "Información sobre EC 3.2.1.7 - inulinasa" .
  4. 1 2 Jain SC, Jain PC, Kango N (enero de 2012). "Producción de inulinasa de Kluyveromyces marxianus utilizando extracto de tubérculo de dahlia" . Revista Brasileña de Microbiología . 43 (1): 62– 69. doi : 10.1590/S1517-83822012000100007 . PMC 3768966. PMID 24031804 .  
  5. ↑ Choukade R, Kango N (2021). "Aplicaciones de las inulinasas fúngicas". Enciclopedia de Micología . Elsevier. págs. 337–347 . doi : 10.1016/b978-0-12-819990-9.00016-0 . ISBN  978-0-323-85180-0. S2CID 235092497 . 
  6. ↑ Nascimento DS, Valasques Junior G, Fernandes P, Ribeiro GC, Lima DM, Góes-Neto A, et al. (junio de 2012). "Producción, caracterización y aplicación de inulinasa a partir del hongo endófito CCMB 328" . Anais da Academia Brasileira de Ciências . 84 (2): 443– 454. doi : 10.1590/S0001-37652012005000035 . PMID 22634747 .  
  7. 1 2 Hughes SR, Qureshi N, López-Núñez JC, Jones MA, Jarodsky JM, Galindo-Leva LÁ, Lindquist MR (abril de 2017). "Utilización de residuos que contienen inulina en fermentaciones industriales para producir biocombustibles y productos químicos de base biológica". World Journal of Microbiology & Biotechnology . 33 (4) 78. doi : 10.1007/s11274-017-2241-6 . PMID 28341907 . S2CID 23678976 .  
  8. ↑ Chi Z, Chi Z, Zhang T, Liu G, Yue L (febrero de 2009). "Microorganismos que expresan inulinasa y aplicaciones de las inulinasas". Microbiología Aplicada y Biotecnología . 82 (2): 211– 220. doi : 10.1007/s00253-008-1827-1 . PMID 19122997. S2CID 19215484 .  
  9. ↑ "Helianthus tuberosus L. GRIN-Global" . npgsweb.ars-grin.gov . Consultado el 24 de octubre de 2022 .
  10. ↑ Sheng J, Chi Z, Gong F, Li J (febrero de 2008). Purificación y caracterización de la inulinasa extracelular de la levadura marina Cryptococcus aureus G7a e hidrólisis de inulina por la inulinasa purificada . Bioquímica Aplicada y Biotecnología. Vol. 144. págs. 111–121 . doi : 10.1007/s12010-007-8025-y . PMID 18456943. S2CID 9987037 .    
  11. ↑ McRorie JW, McKeown NM (febrero de 2017). "Comprender la física de las fibras funcionales en el tracto gastrointestinal: un enfoque basado en la evidencia para resolver conceptos erróneos persistentes sobre la fibra insoluble y soluble" . Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics . 117 (2): 251– 264. doi : 10.1016/j.jand.2016.09.021 . PMID 27863994 . 
  12. ^ Nagem RA, Rojas AL, Golubev AM, Korneeva OS, Eneyskaya EV, Kulminskaya AA, et al. (noviembre de 2004). "Estructura cristalina de la exoinulinasa de Aspergillus awamori: el pliegue enzimático y los determinantes estructurales del reconocimiento del sustrato". Revista de biología molecular . 344 (2): 471– 480. doi : 10.1016/j.jmb.2004.09.024 . PMID 15522299 .  
  13. 1 2 Alberto F, Bignon C, Sulzenbacher G, Henrissat B, Czjzek M (abril de 2004). "La estructura tridimensional de la invertasa (beta-fructosidasa) de Thermotoga maritima revela una disposición bimodular y una relación evolutiva entre glucosidasas que retienen e invierten" . The Journal of Biological Chemistry . 279 (18): 18903–10 . doi : 10.1074/jbc.M313911200 . PMID 14973124 . 
  14. ↑ Cohen N, Eisenbach CD (abril de 2020). "Mecánica molecular de las láminas beta". ACS Biomaterials Science & Engineering . 6 (4): 1940– 1949. doi : 10.1021/acsbiomaterials.9b01983 . PMID 33455356. S2CID 213207373 .  
  15. 1 2 Lima MZ, Muniz JR (2020-02-05). "Estructura de la hidrolasa GH32 de Bifidobacterium adolescentis en complejo con fructosa" . doi : 10.2210/pdb6nun/pdb . S2CID 242805321. Recuperado el 24-10-2022 . {{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )
  16. 1 2 Singh PK, Shukla P (septiembre de 2012). "Modelado molecular y acoplamiento de inulinasas microbianas hacia interacciones perceptivas enzima-sustrato" . Indian Journal of Microbiology . 52 (3): 373– 380. doi : 10.1007/s12088-012-0248-0 . PMC 3460115. PMID 23997327 .