Полифенолоксидаза - Википедия - Polyphenol oxidase

Основная статья: Катехолоксидаза
Основная статья: Тирозиназа

Полифенолоксидаза (PPO; также полифенолоксидаза i, хлоропласт), фермент участвует в подрумянивание фруктов, это тетрамер который содержит четыре атома меди на молекулу и центры связывания для двух ароматических соединений и кислорода.[1]

PPO может принять монофенолы и / или о-дифенолы в качестве подложек.[2] Фермент работает, катализируя о-гидроксилирование из монофенол молекулы, в которых бензольное кольцо содержит один гидроксил заместитель для о-дифенолы (фенол молекулы, содержащие два гидроксил заместители в 1, 2 положениях без углерода между ними).[3] Он также может дополнительно катализировать окисление из о-дифенолы для производства о-хиноны.[4] PPO катализирует быстрое полимеризация из о-хиноны для производства черных, коричневых или красных пигментов (полифенолы ) что вызывает подрумянивание фруктов.

В аминокислота тирозин содержит одно фенольное кольцо, которое может окисляться под действием PPO с образованием о-хинон. Следовательно, PPO могут также называться тирозиназы.[5]

Общие продукты, вырабатывающие фермент, включают: грибы (Agaricus bisporus ),[6][7] яблоки (Malus domestica ),[8][9] авокадо (Persea americana ), и латук (Lactuca sativa ).[10]

Структура и функции

PPO указан как морфеин, белок, который может образовывать два или более разных гомоолигомера (формы морфеина), но должен разделяться и менять форму для преобразования между формами. Он существует как мономер, тример, тетрамер, октамер или же додекамер,[11][12] создание несколько функций.[13]

У растений PPO представляет собой пластидный фермент с неясным синтезом и функцией. В функциональных хлоропластах он может участвовать в химии кислорода, например, опосредовать псевдоциклическое фотофосфорилирование.[14]

Фермент номенклатура различает ферменты монофенолоксидазы (тирозиназы ) и о-дифенол: ферменты оксидоредуктазы кислорода (катехолоксидазы ).

Распространение и приложения

Смесь ферментов монофенолоксидазы и катехолоксидазы присутствует почти во всех тканях растений, а также может быть обнаружена у бактерий, животных и грибов. У насекомых присутствуют кутикулярные полифенолоксидазы.[15] и их продукты несут ответственность за устойчивость к высыханию.

Продукт реакции винограда (2-S-глутатионилкафтаровая кислота) представляет собой окислительное соединение, производимое действием PPO на кафтаровая кислота и найдено в вине. Этот состав отвечает за более низкий уровень потемнения некоторых белых вин.

Растения используют полифенолоксидазу как один из средств химической защиты от паразиты.[16]

Ингибиторы

Тирозин является ключевым соединением реакции пигментации / потемнения под действием полифенолоксидазы. Дискриминация этой реакции пигментации ответственна за различные типы заболеваний и расстройств.[17] Существует два типа ингибиторов PPO: те, которые конкурируют с кислородом в медном участке фермента, и те, которые конкурируют с фенолами. Тентоксин также использовался в недавних исследованиях для устранения активности PPO из проростков высших растений.[18] Трополоне полифенолоксидаза винограда ингибитор.[19] Другой ингибитор этого фермента - пиросульфит калия (K2S2О5).[20] PPO корня банана сильно ингибируется дитиотреитол и метабисульфит натрия.[21] Эндогенные белковые фракции действуют как эндогенный ингибитор / регулятор PPO листьев лука (монофенолмонооксигеназа и о-дифенолоксидаза)[17] Дитионит калия (или гидросульфит калия) также является ингибитором PPO.

Анализы

Было разработано несколько анализов для мониторинга активности полифенолоксидаз и оценки эффективности ингибирования ингибиторов полифенолоксидазы. Особенно, ультрафиолетовая / видимая (УФ / видимая) спектрофотометрия широко применяются анализы на основе.[22] Наиболее распространенный спектрофотометрический анализ в УФ / видимом диапазоне включает мониторинг образования о-хиноны, которые являются продуктами реакций, катализируемых полифенолоксидазой, или потребления субстрата.[23] Альтернативный спектрофотометрический метод, включающий связывание о-хиноны с нуклеофильные реагенты такой как гидрохлорид 3-метил-2-бензотиазолинонегидразона (MBTH).[24] Другие методы, такие как тесты окрашивания активности с использованием электрофорез в полиакриламидном геле,[25] тритий радиоактивные анализы,[26] анализ потребления кислорода,[27] и ядерный магнитный резонанс Также сообщали и использовали анализ на основе (ЯМР).[28]

Ферментативное потемнение

Полифенолоксидаза - это фермент, встречающийся во всех царствах растений и животных,[29] включая большинство фруктов и овощей.[30] PPO имеет важное значение для пищевой промышленности, потому что он катализирует ферментативное потемнение при повреждении ткани в результате синяков, сдавливания или вмятин, что делает продукцию менее востребованной и вызывает экономические потери.[29][30][31] Ферментативное потемнение из-за PPO также может привести к потере питательной ценности фруктов и овощей, что еще больше снижает их ценность.[10][29][30]

Поскольку субстраты этих реакций PPO расположены в вакуоли растительных клеток, поврежденных в основном неправильным сбор урожая, PPO инициирует цепочку реакций потемнения.[31][32] Воздействие кислорода при нарезке ломтиками или пюре также приводит к ферментативному потемнению фруктов и овощей из-за PPO.[30] Примеры, в которых может быть желательна реакция потемнения, катализируемая PPO, включают авокадо, чернослив, виноград султана, черный чай и зеленые кофейные зерна.[10][30]

В манго

У манго ферментативное потемнение, катализируемое PPO, в основном вызвано ожогом сока, который приводит к потемнению кожи.[нужна цитата ] Катехолоксидаза PPO -типа находится в хлоропластах клеток кожи манго, а его фенольные субстраты - в вакуолях. Ожог соком, таким образом, является исходным событием PPO в кожуре манго, поскольку он разрушает клеточные компартменты.[32] PPO находится в кожуре, соке и мякоти манго, а наибольшая активность проявляется в коже.[30]

В авокадо

PPO в авокадо вызывает быстрое потемнение под воздействием кислорода,[10] многоступенчатый процесс, включающий реакции окисления обоих монофенолы и полифенолы, в результате чего о-хинон продукты впоследствии необратимо превращаются в коричневый цвет полимерный пигменты (меланины ).[33]

В яблоке

Присутствует в хлоропластах и ​​митохондриях всех частей яблока,[30] PPO - главный фермент, отвечающий за ферментативное потемнение яблок.[34] В связи с увеличением потребительского спроса на предварительно приготовленные фрукты и овощи, решение для ферментативного подрумянивания стало целевой областью исследований и разработки новых продуктов.[35] Например, предварительно нарезанные яблоки являются привлекательным потребительским продуктом, но нарезка яблок вызывает активность PPO, что приводит к потемнению срезанных поверхностей и снижению их эстетических качеств.[35] Поджаривание также происходит в яблочных соках и пюре при неправильном обращении или обработке.[36]

Арктические яблоки, пример генетически модифицированный фрукт разработаны для снижения активности PPO, представляют собой набор товарный знак яблоки, которые не имеют признаков потемнения, вызванных подавление генов для подавления экспрессии PPO, тем самым подавляя потемнение плодов.[37]

В абрикосе

Абрикос как климактерический плод быстро проходит после сбора урожая созревание. В скрытый Форма PPO может самопроизвольно активироваться в течение первых недель хранения, генерируя активный фермент с молекулярной массой 38 кДа.[38] Аскобиновая кислота /протеазы комбинации представляют собой многообещающую практическую анти-потемнение метод лечения абрикос пюре сохранили свои цвет.[39]

В картофеле

В высоких концентрациях содержится в картофеле. клубень кожуре и 1–2 мм внешнего ткань коры, PPO используется в картофеле в качестве защиты от хищников насекомых, что приводит к ферментативному потемнению из-за повреждения тканей.[нужна цитата ] Повреждение кожной ткани клубня картофеля вызывает нарушение компартментации клеток, что приводит к потемнению. Коричневые или черные пигменты образуются в результате реакции PPO. хинон продукты с аминокислота группы в клубне.[31] У картофеля гены PPO экспрессируются не только в клубнях картофеля, но и в листьях, черешки, цветы и корни.[31]

Родственные ферменты

Пропенолоксидаза это модифицированная форма дополнительный ответ встречается у некоторых беспозвоночных, в том числе насекомые, крабы и черви.[40]

Гемоцианин гомологичен фенолоксидазам (например, тирозиназа ), поскольку оба фермента имеют общий тип координации активного центра меди. Гемоцианин также проявляет активность PPO, но с замедленной кинетикой из-за большей стерический массово на активном сайте. Частичная денатурация фактически улучшает PPO-активность гемоцианина, обеспечивая более широкий доступ к активному сайту.[41]

Ауреузидинсинтаза гомологичен полифенолоксидазе растений, но содержит некоторые существенные модификации.

Ауроновая синтаза[42] катализирует образование ауронов. Ауроновая синтаза очищена от Coreopsis grandiflora показывает слабый тирозиназа деятельность против изоликвиритигенин, но фермент не реагирует с классическим тирозиназа субстраты L-тирозин и тирамин и поэтому должны быть классифицированы как катехолоксидаза.[43]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Полифенолоксидаза». Руководство по ферментам Worthington. Получено 13 сентября 2011.
  2. ^ Макларин, Марк-Энтони; Люн, Айвенго К. Х. (2020). «Субстратная специфичность полифенолоксидазы». Крит. Rev. Biochem. Мол. Биол. 55 (3): 274–308. Дои:10.1080/10409238.2020.1768209. PMID  32441137. S2CID  218831573.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  3. ^ А. Санчес-Феррер, Дж. Н. Родригес-Лопес, Ф. Гарсия-Кановас, Ф. Гарсия-Кармона (1995). «Тирозиназа: всесторонний обзор ее механизма». Биохим. Биофиз. Acta. 1247 (1): 1–11. Дои:10.1016 / 0167-4838 (94) 00204-т. PMID  7873577.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  4. ^ Эйкен, Б. Кребс, Дж. К. Саккеттини (1999). «Катехолоксидаза - структура и активность». Текущее мнение в структурной биологии. 9 (6): 677–683. Дои:10.1016 / s0959-440x (99) 00029-9. PMID  10607672.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  5. ^ Майер AM (ноябрь 2006 г.). «Полифенолоксидазы в растениях и грибах: куда пойти? Обзор». Фитохимия. 67 (21): 2318–31. Дои:10.1016 / j.phytochem.2006.08.006. PMID  16973188.
  6. ^ Маурахер С.Г., Молитор С., Майкл С., Крагл М., Рицци А., Ромпель А. (март 2014 г.). «Высокий уровень очистки белка позволяет однозначно определять полипептид латентной изоформы PPO4 тирозиназы грибов». Фитохимия. 99: 14–25. Дои:10.1016 / j.phytochem.2013.12.016. ЧВК  3969299. PMID  24461779.
  7. ^ Маурахер С.Г., Молитор С., Аль-Овейни Р., Корц У., Ромпель А. (сентябрь 2014 г.). «Скрытая и активная грибная тирозиназа abPPO4, сокристаллизованная с гексавольфрамотеллуратом (VI) в монокристалле». Acta Crystallographica. Раздел D, Биологическая кристаллография. 70 (Pt 9): 2301–15. Дои:10.1107 / S1399004714013777. ЧВК  4157443. PMID  25195745.
  8. ^ Кампацикас И., Биелич А., Претцлер М., Ромпель А. (август 2017 г.). «Три рекомбинантно экспрессируемых яблочных тирозиназы предполагают аминокислоты, ответственные за моно- и дифенолазную активность полифенолоксидаз растений». Научные отчеты. 7 (1): 8860. Bibcode:2017НатСР ... 7.8860K. Дои:10.1038 / s41598-017-08097-5. ЧВК  5562730. PMID  28821733.
  9. ^ Кампацикас И., Биелич А., Претцлер М., Ромпель А. (май 2019 г.). «Реакция саморасщепления, индуцированная пептидами, инициирует активацию тирозиназы». Angewandte Chemie. 58 (22): 7475–7479. Дои:10.1002 / anie.201901332. ЧВК  6563526. PMID  30825403.
  10. ^ а б c d Толедо Л., Агирре С. (декабрь 2017 г.). «Пересмотр ферментативного подрумянивания авокадо (Persea americana): история, достижения и перспективы на будущее». Критические обзоры в области пищевой науки и питания. 57 (18): 3860–3872. Дои:10.1080/10408398.2016.1175416. PMID  27172067. S2CID  205692816.
  11. ^ Джолли Р.Л., Мейсон Х.С. (март 1965 г.). «Множественные формы грибной тирозиназы. Взаимопревращение». Журнал биологической химии. 240: PC1489–91. PMID  14284774.
  12. ^ Джолли Р.Л., Робб Д.А., Мейсон Х.С. (март 1969 г.). «Множественные формы грибной тирозиназы. Явления ассоциации-диссоциации». Журнал биологической химии. 244 (6): 1593–9. PMID  4975157.
  13. ^ Маллетт М.Ф., Доусон К.Р. (август 1949 г.). «О природе высокоочищенных препаратов грибной тирозиназы». Архивы биохимии. 23 (1): 29–44. PMID  18135760.
  14. ^ Вон KC, герцог SO (1984). «Функция полифенолоксидазы у высших растений». Physiologia Plantarum. 60 (1): 106–112. Дои:10.1111 / j.1399-3054.1984.tb04258.x.
  15. ^ Сугумаран М., Липке Х (май 1983 г.). «Образование метида хинона из 4-алкилкатехолов: новая реакция, катализируемая кутикулярной полифенолоксидазой». Письма FEBS. 155 (1): 65–68. Дои:10.1016/0014-5793(83)80210-5. S2CID  84630585.
  16. ^ Талер Дж.С., Карбан Р., Ульман Д.Е., Бойге К., Босток Р.М. (апрель 2002 г.). «Перекрестный разговор между жасмонатными и салицилатными путями защиты растений: влияние на несколько паразитов растений». Oecologia. 131 (2): 227–235. Bibcode:2002Oecol.131..227T. Дои:10.1007 / s00442-002-0885-9. PMID  28547690. S2CID  25912204.
  17. ^ а б Анита Госвами-Гири, Неха Савант. «Разделение полифенолоксидазы и ее ингибитора из листьев лука на лигниновой колонке».
  18. ^ Герцог С.О., Вон KC (апрель 1982 г.). «Отсутствие участия полифенолоксидазы в орто-гидроксилировании фенольных соединений в проростках маша». Physiologia Plantarum. 54 (4): 381–385. Дои:10.1111 / j.1399-3054.1982.tb00696.x.
  19. ^ Валеро Э., Гарсия-Морено М., Варон Р., Гарсия-Кармона Ф. (1991). «Зависящее от времени ингибирование полифенолоксидазы винограда трополоном». J. Agric. Food Chem. 39 (6): 1043–1046. Дои:10.1021 / jf00006a007.
  20. ^ Дель Синьор А., Ромео Ф., Джаччо М. (май 1997 г.). «Содержание фенольных веществ в базидиомицетах». Микологические исследования. 101 (5): 552–556. Дои:10.1017 / S0953756296003206.
  21. ^ Wuyts N, De Waele D, Swennen R (2006). «Извлечение и частичная характеристика полифенолоксидазы из корней банана (Musa acuminata Grande naine)». Физиология и биохимия растений. 44 (5–6): 308–14. Дои:10.1016 / j.plaphy.2006.06.005. PMID  16814556.
  22. ^ Гарсия-Молина Ф., Муньос Дж. Л., Варон Р., Родригес-Лопес Дж. Н., Гарсиа-Кановас Ф., Тудела Дж. (Ноябрь 2007 г.). «Обзор спектрофотометрических методов измерения монофенолазной и дифенолазной активности тирозиназы». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 55 (24): 9739–49. Дои:10.1021 / jf0712301. PMID  17958393.
  23. ^ Haghbeen K, Wue Tan E (январь 2003 г.). «Прямой спектрофотометрический анализ монооксигеназной и оксидазной активности тирозиназы грибов в присутствии синтетических и природных субстратов». Аналитическая биохимия. 312 (1): 23–32. Дои:10.1016 / S0003-2697 (02) 00408-6. PMID  12479831.
  24. ^ Эспин Дж. К., Моралес М., Варон Р., Тудела Дж., Гарсия-Кановас Ф. (октябрь 1995 г.). «Непрерывный спектрофотометрический метод для определения активности монофенолазы и дифенолазы полифенолоксидазы яблока». Аналитическая биохимия. 231 (1): 237–46. Дои:10.1006 / abio.1995.1526. PMID  8678307.
  25. ^ Rescigno A, Sollai F, Rinaldi AC, Soddu G, Sanjust E (март 1997 г.). «Окрашивание активности полифенолоксидазы в полиакриламидных гелях для электрофореза». Журнал биохимических и биофизических методов. 34 (2): 155–9. Дои:10.1016 / S0165-022X (96) 01201-8. PMID  9178091.
  26. ^ Померанц Ш. (июнь 1964 г.). «Гидроксилирование тирозина, катализируемое тирозиназой млекопитающих: усовершенствованный метод анализа». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 16 (2): 188–94. Дои:10.1016 / 0006-291X (64) 90359-6. PMID  5871805.
  27. ^ Найш-Байфилд С., Райли П.А. (ноябрь 1992 г.). «Окисление одноатомных фенольных субстратов тирозиназой. Оксиметрическое исследование». Биохимический журнал. 288 (Пт 1): 63–7. Дои:10.1042 / bj2880063. ЧВК  1132080. PMID  1445282.
  28. ^ Ли И, Зафар А., Килмартин П.А., Рейниссон Дж., Люнг И.К. (ноябрь 2017 г.). «Разработка и применение анализа полифенолоксидаз на основе ЯМР». ХимияВыбрать. 2 (32): 10435–41. Дои:10.1002 / slct.201702144.
  29. ^ а б c Юнал МЮ (2007). «Свойства полифенолоксидазы из банана Анамур (Musa cavendishii)». Пищевая химия. 100 (3): 909–913. Дои:10.1016 / j.foodchem.2005.10.048.
  30. ^ а б c d е ж грамм Vámos-Vigyázó L (1981). «Полифенолоксидаза и пероксидаза во фруктах и ​​овощах». Критические обзоры в области пищевой науки и питания. 15 (1): 49–127. Дои:10.1080/10408398109527312. PMID  6794984.
  31. ^ а б c d Thygesen PW, Dry IB, Robinson SP (октябрь 1995 г.). «Полифенолоксидаза картофеля. Мультигенное семейство, которое демонстрирует различные паттерны экспрессии». Физиология растений. 109 (2): 525–31. Дои:10.1104 / стр.109.2.525. ЧВК  157616. PMID  7480344.
  32. ^ а б Робинсон С.П., Лавис Б.Р., Чако Е.К. (1993). «Ферменты полифенолоксидазы в соке и кожуре плодов манго». Функциональная биология растений. 20 (1): 99–107. Дои:10.1071 / pp9930099. ISSN  1445-4416.
  33. ^ Шелби Т. Перес; Келси А. Унк; Касандра Дж. Райли (29 октября 2019 г.). «Лаборатория авокадо: исследование ферментативной реакции коричневого цвета на основе запросов» (PDF). Колледж Роллинза, Источник курса. Получено 8 марта 2020.
  34. ^ Роча А.М., Кано М.П., ​​Галеацци М.А., Мораис А.М. (1 августа 1998 г.). "Характеристика полифенолоксидазы" Starking "яблока". Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства. 77 (4): 527–534. Дои:10.1002 / (sici) 1097-0010 (199808) 77: 4 <527 :: help-jsfa76> 3.0.co; 2-e. HDL:10261/114868. ISSN  1097-0010.
  35. ^ а б Сын С.М., Мун К.Д., Ли CY (апрель 2001 г.). «Ингибирующее действие различных средств против коричневого цвета на дольки яблока». Пищевая химия. 73 (1): 23–30. Дои:10.1016 / s0308-8146 (00) 00274-0.
  36. ^ Николас Дж. Дж., Ричард-Форгет ФК, Гупи П.М., Амиот М.Дж., Обер С.Ю. (1994). «Ферментативные реакции потемнения в яблочных и яблочных продуктах». Критические обзоры в области пищевой науки и питания. 34 (2): 109–57. Дои:10.1080/10408399409527653. PMID  8011143.
  37. ^ «Новая информация о продуктах питания - события Arctic Apple GD743 и GS784». Секция новых продуктов питания, Управление по питанию, Отделение продуктов здравоохранения и продуктов питания, Министерство здравоохранения Канады, Оттава. 20 марта 2015 г.. Получено 5 ноября 2016.
  38. ^ Дерарджа А.Е., Претцлер М., Кампацикас И., Баркат М., Ромпель А. (сентябрь 2017 г.). «Очистка и характеристика скрытой полифенолоксидазы из абрикоса (Prunus armeniaca L.)». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 65 (37): 8203–8212. Дои:10.1021 / acs.jafc.7b03210. ЧВК  5609118. PMID  28812349.
  39. ^ Дерарджа А.Е., Претцлер М., Кампацикас I, Баркат М., Ромпель А. (декабрь 2019 г.). «Ингибирование полифенолоксидазы абрикоса комбинациями растительных протеаз и аскорбиновой кислоты». Пищевая химия. 4: 100053. Дои:10.1016 / j.fochx.2019.100053. ЧВК  6804514. PMID  31650127.
  40. ^ Beck G, Habicht GS (ноябрь 1996 г.). «Иммунитет и беспозвоночные» (PDF). Scientific American. 275 (5): 60–66. Bibcode:1996SciAm.275e..60B. Дои:10.1038 / Scientificamerican1196-60. PMID  8875808.
  41. ^ Деккер Х., Тучек Ф. (август 2000 г.). «Тирозиназная / катехолоксидазная активность гемоцианинов: структурные основы и молекулярный механизм». Тенденции в биохимических науках. 25 (8): 392–7. Дои:10.1016 / S0968-0004 (00) 01602-9. PMID  10916160.
  42. ^ Молитор С., Маурахер С.Г., Ромпель А (март 2016 г.). «Ауронсинтаза представляет собой катехолоксидазу с гидроксилазной активностью и дает представление о механизме полифенолоксидаз растений». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 113 (13): E1806-15. Bibcode:2016PNAS..113E1806M. Дои:10.1073 / pnas.1523575113. ЧВК  4822611. PMID  26976571.
  43. ^ Молитор С., Маурахер С.Г., Парган С., Майер Р.Л., Хальбвирт Х., Ромпель А. (сентябрь 2015 г.). «Скрытая и активная аурон-синтаза из лепестков C. grandiflora: полифенолоксидаза с уникальными характеристиками». Planta. 242 (3): 519–37. Дои:10.1007 / s00425-015-2261-0. ЧВК  4540782. PMID  25697287.