징기뱅

Zingibain
징기뱅
3D structure of zingibain enzyme.png
PYMOL은 Zingibain Monomer의 3D 구조를 생성했다.
식별자
EC 번호3.4.22.67
CAS 번호.246044-91-7
데이터베이스
인텐츠IntEnz 뷰
브렌다브렌다 입력
엑스퍼시나이스자이메 뷰
케그KEG 입력
메타사이크대사통로
프리암프로필
PDB 구조RCSB PDB PDBe PDBsum

진기바인, 진기파인 또는 생강 프로테아제(EC 3.4.22.67)는 생강(Zingiber orpriinale) 리좀에서 발견되는 시스테인 프로테아제 효소다.[1][2][3] P2 위치에서 프롤라인 잔류물로 펩타이드의 우선 분할을 강직시킨다. 생강 프로테아제 I(GP-I)와 생강 프로테아제 II(GP-II)의 두 가지 뚜렷한 형태를 가지고 있다.[4]

시스틴 프로테아제의 파파인 계열의 일원으로서, 징기바인은 파파인, 브로멜레인, 액티니딘과 같이 더 잘 연구된 효소와 몇 가지 구조적이고 기능적인 유사점을 공유한다. 이러한 펩타이드제는 펩타이드 결합의 가수 분해에 촉매 작용을 하는 활성 시스테인 잔류물을 중심에 함유하고 있다. 징기베인은 단백질 분해효소와 콜라겐화효소로서의 활동성으로 유명하다.[1]

처음 격리, 정화, 1973년 이치카와 외가 일본여자대학에서 보고했다.[5] 최근 징기베인은 크로마토그래피에 의해 격리된 두 개의 이소자메인 GP-I와 GP-II로 존재하며, 분자량은 약 22,500 Da인 것으로 밝혀졌다.[5]

메커니즘

징기베인의 활성 부위 내 촉매 3종 기계론적 프로톨리

Zingibain은 활성 부지에 있는 Cys, His 및 Asn 잔여물의 촉매 3중주를 이용하여 펩타이드 결합을 가수 분해한다. Asn175의 존재는 히스의 이미다졸 링을 안정화시켜 그것이 가수분해를 촉진하기 위해 최적으로 위치하도록 보장한다.

이 메커니즘은 시스25에서 히스159로의 양성자 전이로부터 시작된다.[6] 그런 다음 황화 음이온이 아미노산의 알파 탄소를 공격하여 히스159에 부착된 아민군을 대체한다.[6] 안정화된 아미노산에 있는 알파 탄소는 물 분자의 공격을 받아 시스25의 황화물을 대체하여 아미노산을 카복실산으로 변환시켜 효소 활성 부위에서 방출한다.[6]

티올 그룹 프로텍터로 알려진 디티오트레이톨의 실험적인 도입은 단백질 분해 활동을 개선하여 효소 활성에서 중심 시스테인 잔류물의 중요성에 대한 추가적인 검증을 제공한다.[7]

Zingibain은 60 °C에서 최대 회전율을 보이며 70 °C에서 빠르게 변한다.[8] 프로톨리시스(Protolyis)는 생강으로 요리하는 동안 대부분 변질되지 않는다. 파핀과 피신의 최적 온도 범위는 징기바인에 비해 상승하는 반면 브로멜레인은 약간 낮은 범위에서 작용한다.[7]

비록 효소가 여전히 pH에서 4.5에서 6.0까지 활동하지만, zingibain의 최대 단백질 분해 활성은 pH 6.0에서 발생한다. (육류 양념장의 경우 최적의 pH).[7]

GP-II는 두 개의 등소성분 중에서 산성도가 높은 pI를 4.82로 나타내며, GP-I는 5.05 또는 5.16으로 pI 값을 나타낸다.[1] 이러한 다중 pI 값은 GP-I가 두 단백질의 혼합물일 수 있다는 이론을 뒷받침한다.

구조

징기베인은 2000년 보스턴대 연구진에 의해 처음 정제돼 X선 결정학으로 특징지어졌다.[1]

효소는 길이 221개의 아미노산이며, Asn96과 Asn154에서 2N연계 올리고당 체인으로 글리코실화된다.[3] 진기바인의 폴리펩타이드 체인은 대략 같은 크기의 두 개의 극 영역으로 접히고, 중심 중립 구획으로 나뉜다.[3] 첫 번째 영역은 알파 나선형이고, 두 번째 영역은 대타렐 베타 시트를 가지고 있다.[3] 이러한 극지방과 극지방의 분리는 효소와 광범위한 기질 사이의 단백질-단백질 상호작용을 촉진한다.[3]

중심 구획에 위치한 징기베인의 활성 부위는 깊이 5.5 å, 길이 9.5 å이다.[3] 활성 부위는 Cys25, His159 및 Asn175의 촉매 3중주를 포함하며, 이는 모두 산/기층 촉매제를 협력적으로 활성화한다.

Zingibain은 P2 위치의 프롤라인으로 펩타이드 기질에 결합특성을 보인다.[1] Zingibain의 S2 하위 사이트에는 아미노산 체인 Trp67-Met68-Asn69-Thr133-Ala157이 포함되어 있어 파파인 계열의 다른 효소가 선호하는 더 큰 소수성 방향족 잔류물을 수용하기에 사이트를 너무 좁게 만든다.[1] 그러나 프로라인은 이 지역과의 여러 비협동적 상호작용에 의해 안정화된다.

효소 구조는 수소 결합에 의해 안정되며, 다른 많은 교황들과 유사한 세 쌍의 사이스테인 잔류물(Cys22-Cys63, Cys56-Cys95, Cys153-Cys200) 사이의 황화 결합을 교차 연결한다.[1]

효소가 용액에 단량체로 존재하는 반면, 결정화된 징기바인은 각 소단위들의 글리코실레이션 체인에 의해 연결된 테트라머, 즉 디머의 조광기를 형성한다. 징기베인은 2개의 잔류물에서 복합형 N연계 올리고당 체인을 보여준다.[1] 체인은 길이 5-13 글리코실 단위 사이이며, N-acetylglucosamine, fucose, mannose, xylose로 구성되어 있다. 징기바인 설탕 순서는 일본 석탑 나무 씨앗의 강연에서 볼 수 있는 올리고당, 매카모레 세포의 laccase a, 브라시카 캠페스트리스의 S글리코프로테인과 거의 동일하다.[1]

생물학적 의의

생강 리좀 내에서 생강 프로테아제는 식물 세포의 유지와 유지를 위한 여러 기능적 역할에 참여한다.

징기베인은 대부분의 시스테인 단백질과 마찬가지로 세포막과 결합한 세포질 폴리솜 안에서 40-50 kDa 프로프로테인으로 합성된다.[9] 내소성 망막 내에서 이러한 긴 체인은 KDEL ER 유지 신호로 태그가 지정되어 ER에서 세포벽의 단백질 저장공간으로 이동하는 대형 KDEL vesicle에 배치된다.[9]

징기베인은 단백질 저장(종자나 식물 조직 내)에 참여할 가능성이 높지만 주로 저장 단백질을 분해하고 이동시킨다. 또한 열충격, 냉온도, 탈수증 같은 생화학 및 생물학적 스트레스에 반응하여 잘못 접히거나 변질된 단백질을 제거할 수 있다.[9]

사용하다

고기연촉매제

파파야에서 나온 파파인, 파인애플에서 나온 브로멜레인처럼 고기 연화제로 쓰인다.[10][11]

보통 생강이나 말린 생강 안에 있는 요리용 고기에 첨가할 때, 징기베인은 고기의 부드러움을 증가시키는 것으로 나타났다.[8][12] 육류 연성은 육류 내 주요 근육 단백질의 빠른 단백질 분해, 특히 근육관절에서 발견되는 액토모신, 1종 콜라겐으로 인해 발생한다.[8]

파파인, 피신,[11] 브로멜레인 등 다른 파파인 효소가 고기를 연하게 하는데 더 많이 사용되는 반면, 징기바인은 유사하거나 높은 단백질 분해 활동을 보인다. 실제로 진기베인은 콜라겐성 활성을 가진 유일한 분류 식물 프로테아제다. Zingibain은 생산되는 고기의 질감 때문에 파파인보다 고기 연화제가 더 선호될 수 있다. 파파인은 액토모신을 가수 분해할 수 있지만, 그것은 또한 다른 주요 조직 단백질을 분해하여 흐물흐물한 고기 질감을 만든다.[11] 징기베인의 결합의 특수성은 액토모신과 1종 콜라겐의 주요 가수분해를 보장한다.

징기베인은 소시지와 구운 제품에 맛을 내는 데도 사용된다.[8]

레넷 대용품

지난 100년 동안, 생강 프로테아제는 전통적으로 뜨거운 우유와 생강즙으로 만든 젤 같은 광동 요리인 생강 우유 커드를 만들기 위해 우유를 휘젓는 데 사용되어 왔다. κ-케이스인의 단백질 분해에 대한 생강 프로테아제의 우유 응고능력과 특이성은 효소를 치즈 생산의 잠재적 식물성 레넷으로 만든다.

우유 응고는 전통적으로 레넷과 같은 원천에서 추출한 효소를 응고하여 이루어진다. 레넷에서는 세 개의 키모신 이소자메스가 Ph105와 Met106 사이에 우유 내 주요 단백질 분율인 κ-casein을 가수 분해한다. κ-casein의 친수성 하위 영역은 분리되어 크게 소수성 골재를 남겨둔다. 따라서 효소는 κ-케이스틴 미셀을 불안정하게 하고 소수성 단백질 잔류물의 덩어리를 촉진시켜 우유가 응고되게 한다.

레넷의 주요 산업적 결점으로는 제한된 공급과 높은 비용, 채식주의자와 특정 종교 집단의 연습생들에 대한 접근 불가능, 그리고 최근 유럽의 재조합 송아지 레넷 이용 금지 등이 있다.[13] 진균 프로테아제는 레넷 대체제로써 대체로 부적합하며, 많은 식물 추출물에서 나온 효소는 낮은 수율, 나쁜 질감, 그리고 치즈의 쓴 맛을 내는 것으로 나타났다.[13]

상업상의 결점

다만 생강 추출물에서 추출한 조생강 프로테아제는 5℃에서 2일 정도 반감기가 발생할 정도로 불안정해 상용화에 문제가 있다.[14] 효소의 반감기는 요리하는 동안 효능을 저해하지 않지만, 이와 같이 낮은 저장 안정성은 상품화를 위해 개선이 필요하다.

대규모 생산을 위한 효소의 안정화를 위한 상업적 시도는 효소의 활성 부위 내에 있는 자유 황하이드릴 그룹을 불활성화하는 잠재적 방법을 연구해왔다. Mechanistic 가능성, 이황 화물 다리로 교환하는,quinone-thiol 어덕트를 형성하는이나 무거운 금속 이온에 메르캅 토기 결합은 메르캅 토기 산화를 포함한다.반면에 EDTA와 CaCl2와 농도 안정에 최소 영향을 끼쳤다[14]0.2%나트륨 ascorbate 5°C에 최대 14일 동안 zingibain 안정을 위해 발견되었다.[14]

징기베인은 활성 황하이드릴 그룹을 시스틴이나 PCMB로 반응시켜 미리 비워둘 수 있는 자동분해를 통해 스스로 비활성화하는 것이 관찰됐다.[14]

아세톤 가루는 징기베인의 안정화를 위한 실행 가능한 상업적 방법이다. 조생강에서 소수성 식물 폴리페놀을 제거한 후, 뿌리펄프를 탈수하기 위해 아세톤 가루가 저온에서 도입된다.[14] 이 효소는 낮은 온도에서 물 활성 감소, 식물성 색소 농도 감소, 보다 단단한 3D 구조로 안정화된다.[14]

참고 항목

참조

  1. ^ Jump up to: a b c d e f g h i Choi KH, Laursen RA (2000). "Amino-acid sequence and glycan structures of cysteine proteases with proline specificity from ginger rhizome Zingiber officinale". Eur. J. Biochem. 267 (5): 1516–26. doi:10.1046/j.1432-1327.2000.01152.x. PMID 10691991.
  2. ^ Ohtsuki K, Taguchi K, Sato K, et al. (1995). "Purification of ginger proteases by DEAE-Sepharose and isoelectric focusing". Biochim. Biophys. Acta. 1243 (2): 181–4. doi:10.1016/0304-4165(94)00145-n. PMID 7873561.
  3. ^ Jump up to: a b c d e f Choi KH, Laursen RA, Allen KN (1999). "The 2.1 A structure of a cysteine protease with proline specificity from ginger rhizome, Zingiber officinale". Biochemistry. 38 (36): 11624–33. doi:10.1021/bi990651b. PMID 10512617.
  4. ^ Huang XW, Chen LJ, Luo YB, et al. (2011). "Purification, characterization, and milk coagulating properties of ginger proteases". J. Dairy Sci. 94 (5): 2259–69. doi:10.3168/jds.2010-4024. PMID 21524515.
  5. ^ Jump up to: a b 喜美代, 道; 初世, 佐々; 芳江, 市川 (1973). "ショウガたん白分解酵素の分離精製". 栄養と食糧 (in Japanese). 26 (6): 377–383. doi:10.4327/jsnfs1949.26.377. ISSN 1883-8863.
  6. ^ Jump up to: a b c Rzychon M, Chmiel D, Stec-Niemczyk J (2004). "Modes of inhibition of cysteine proteases". Acta Biochimica Polonica. 51 (4): 861–73. PMID 15625558.
  7. ^ Jump up to: a b c Thompson EH, Wolf ID, Allen CE (1973). "Ginger Rhizome: A New Source of Proteolytic Enzyme". J. Food Sci. 38 (4): 652–655. doi:10.1111/j.1365-2621.1973.tb02836.x.
  8. ^ Jump up to: a b c d Lee YB, Sehnert DJ, Ashmore CR (1986). "Tenderization of Meat with Ginger Rhizome Protease". J. Food Sci. 51 (6): 1558–1559. doi:10.1111/j.1365-2621.1986.tb13860.x.
  9. ^ Jump up to: a b c Grudkowska M, Zagdańska B (2004). "Multifunctional role of plant cysteine proteinases". Acta Biochimica Polonica. 51 (3): 609–24. doi:10.18388/abp.2004_3547. PMID 15448724.
  10. ^ Ha M, Bekhit AE, Carne A, et al. (2012). "Characterisation of commercial papain, bromelain, actinidin and zingibain protease preparations and their activities toward meat proteins". Food Chem. 134 (1): 95–105. doi:10.1016/j.foodchem.2012.02.071.
  11. ^ Jump up to: a b c Kim M, Hamilton SE, Guddat LW, et al. (2007). "Plant collagenase: unique collagenolytic activity of cysteine proteases from ginger". Biochim. Biophys. Acta. 1770 (12): 1627–35. doi:10.1016/j.bbagen.2007.08.003. PMID 17920199.
  12. ^ Moon SS (2018). "Effect of Proteolytic Enzymes and Ginger Extract on Tenderization of M. pectoralis profundus from Holstein Steer". Korean Journal for Food Science of Animal Resources. 38 (1): 143–151. doi:10.5851/kosfa.2018.38.1.143. PMC 5932962. PMID 29725232.
  13. ^ Jump up to: a b Hashim MM, Mingsheng D, Iqbal MF, et al. (2011). "Ginger rhizome as a potential source of milk coagulating cysteine protease". Phytochemistry. 72 (6): 458–64. doi:10.1016/j.phytochem.2010.12.002. PMID 21353685.
  14. ^ Jump up to: a b c d e f Adulyatham P, Owusu-Apenten R (2005). "Stabilization and Partial Purification of a Protease from Ginger Rhizome (Zingiber offinale Roscoe)". J. Food Sci. 70 (3): C231–C234. doi:10.1111/j.1365-2621.2005.tb07130.x.

외부 링크