Polyphenoloxidase - Polyphenol oxidase
| Catecholoxidase | |||||||||
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| Bezeichner | |||||||||
| EG-Nr. | 1.10.3.2 | ||||||||
| Alt. Namen | Polyphenoloxidase | ||||||||
| Datenbanken | |||||||||
| IntEnz | IntEnz-Ansicht | ||||||||
| BRENDA | BRENDA-Eintrag | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme-Ansicht | ||||||||
| KEGG | KEGG-Eintrag | ||||||||
| MetaCyc | Stoffwechselweg | ||||||||
| PRIAM | Profil | ||||||||
| PDB- Strukturen | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
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Polyphenoloxidase ( PPO ; auch Polyphenoloxidase i, Chloroplast ), ein Enzym, das an der Fruchtbräunung beteiligt ist, ist ein Tetramer , das vier Kupferatome pro Molekül enthält.
PPO kann als Substrate Monophenole und/oder o- Diphenole akzeptieren . Das Enzym wirkt durch Katalysieren der o - Hydroxylierung des Monophenols Moleküle , in denen der Benzolring einen einzelnen enthält Hydroxyl - Substituenten an o -diphenols ( Phenolmolekülen , die zwei Hydroxyl - Substituenten an den 1, 2 Stellungen ohne Kohlenstoff zwischen). Es kann auch die Oxidation von o- Diphenolen zu o- Chinonen weiter katalysieren . PPO katalysiert die schnelle Polymerisation von o- Chinonen zu schwarzen, braunen oder roten Pigmenten ( Polyphenolen ), die eine Fruchtbräunung verursachen .
Die Aminosäure Tyrosin enthält einen einzelnen Phenolring, der durch die Wirkung von PPOs oxidiert werden kann, um o- Chinon zu bilden . Daher können PPOs auch als Tyrosinasen bezeichnet werden .
Zu den üblichen Nahrungsmitteln, die das Enzym produzieren, gehören Pilze ( Agaricus bisporus ), Äpfel ( Malus domestica ), Avocados ( Persea americana ) und Salat ( Lactuca sativa ).
Struktur und Funktion
PPO wird als Morpheein aufgeführt , ein Protein, das zwei oder mehr verschiedene Homo-Oligomere (Morpheein-Formen) bilden kann, sich jedoch auflösen und seine Form ändern muss, um sich zwischen den Formen umzuwandeln. Es existiert als Monomer , Trimer, Tetramer , Oktamer oder Dodecamer und schafft mehrere Funktionen .
In Pflanzen ist PPO ein plastidisches Enzym mit unklarer Synthese und Funktion. In funktionellen Chloroplasten kann es an der Sauerstoffchemie wie der Vermittlung der pseudozyklischen Photophosphorylierung beteiligt sein .
Enzym - Nomenklatur unterscheidet zwischen Monophenol- Oxidaseenzymen ( Tyrosinasen ) und o -diphenol: Sauerstoff Oxidoreduktaseenzyme ( Catecholoxidasen ). Die Substratpräferenz von Tyrosinasen und Catecholoxidasen wird durch die kontrollierte Aminosäuren rund um die beiden Kupferionen in der aktiven Stelle .
Verteilung und Anwendungen
Eine Mischung aus Monophenoloxidase- und Catecholoxidase-Enzymen kommt in fast allen Pflanzengeweben vor und kann auch in Bakterien, Tieren und Pilzen gefunden werden. In Insekten kommen kutikuläre Polyphenoloxidasen vor, deren Produkte für die Austrocknungstoleranz verantwortlich sind .
Grape Reaktionsprodukt (2-S glutathionyl Caftarsäure) ist eine Verbindung , die durch Oxidation Wirkung von PPO auf produziert Caftarsäure und in Wein gefunden. Diese Compound-Produktion ist für die geringere Bräunung bestimmter Weißweine verantwortlich.
Pflanzen nutzen Polyphenoloxidase als eine in einer Reihe chemischer Abwehrmechanismen gegen Parasiten .
Inhibitoren
Tyrosin ist eine Schlüsselverbindung der Pigmentierungs-/Bräunungsreaktion durch die Wirkung von Polyphenoloxidase. Die Diskriminierung dieser Pigmentierungsreaktion ist für verschiedene Arten von Krankheiten und Störungen verantwortlich. Es gibt zwei Arten von PPO-Inhibitoren, die mit Sauerstoff in der Kupferstelle des Enzyms konkurrieren und solche, die mit Phenolen konkurrieren. Tentoxin wurde auch in neueren Forschungen verwendet, um die PPO-Aktivität von Sämlingen höherer Pflanzen zu eliminieren. Tropolon ist ein Traubenpolyphenoloxidase- Hemmer . Ein weiterer Inhibitor dieses Enzyms ist Kaliumpyrosulfit (K 2 S 2 O 5 ). Bananenwurzel-PPO wird durch Dithiothreitol und Natriummetabisulfit stark gehemmt . Endogene proteinhaltige Fraktionen wirken endogener Inhibitor/Regulator von Zwiebelblättern PPO (Monophenolmonooxygenase und o-Diphenoloxidase) Kaliumdithionit (oder Kaliumhydrosulfit) ist ebenfalls ein Inhibitor von PPO.
Tests
Mehrere Assays wurden entwickelt, um die Aktivität von Polyphenoloxidasen zu überwachen und die Hemmwirkung von Polyphenoloxidase-Inhibitoren zu bewerten. Insbesondere werden auf Ultraviolett/Vis-Spektrophotometrie (UV/Vis) basierende Assays weit verbreitet angewendet. Der gebräuchlichste UV/Vis-Spektrophotometrie-Assay beinhaltet die Überwachung der Bildung von o- Chinonen , die die Produkte von Polyphenoloxidase-katalysierten Reaktionen sind, oder des Substratverbrauchs. Es wurde auch ein alternatives spektrophotometrisches Verfahren verwendet, das die Kupplung von o- Chinonen mit nukleophilen Reagenzien wie 3-Methyl-2-benzothiazolinonhydrazon-Hydrochlorid (MBTH) beinhaltet. Andere Techniken, wie Aktivitätsfärbungsassays unter Verwendung von Polyacrylamid-Gelelektrophorese , radioaktive Assays auf Tritium- Basis, Sauerstoffverbrauchsassays und Assays auf Kernmagnetresonanz- (NMR)-Basis wurden ebenfalls berichtet und verwendet.
Enzymatische Bräunung
Polyphenoloxidase ist ein Enzym, das im gesamten Pflanzen- und Tierreich vorkommt, einschließlich der meisten Obst- und Gemüsesorten. PPO ist für die Lebensmittelindustrie von Bedeutung, da es die enzymatische Bräunung katalysiert, wenn Gewebe durch Quetschungen, Druckstellen oder Eindrückungen beschädigt wird, wodurch die Produkte weniger marktfähig werden und wirtschaftliche Verluste verursachen. Die enzymatische Bräunung durch PPO kann auch zu einem Verlust des Nährstoffgehalts in Obst und Gemüse führen, wodurch deren Wert weiter sinkt.
Da sich die Substrate dieser PPO-Reaktionen in den Vakuolen von Pflanzenzellen befinden, die hauptsächlich durch unsachgemäße Ernte geschädigt wurden , initiiert PPO die Kette der Bräunungsreaktionen. Die Exposition gegenüber Sauerstoff beim Schneiden oder Pürieren führt auch zu einer enzymatischen Bräunung durch PPO in Obst und Gemüse. Beispiele, bei denen die durch PPO katalysierte Bräunungsreaktion wünschenswert sein kann, umfassen Avocados, Pflaumen, Sultaninen-Trauben, schwarzer Tee und grüne Kaffeebohnen.
In Mango
Bei Mangos wird die PPO-katalysierte enzymatische Bräunung hauptsächlich durch Saftverbrennung verursacht, die zu einer Hautbräunung führt. PPO vom Katecholoxidase- Typ befindet sich in den Chloroplasten der Mangohautzellen und seine phenolischen Substrate in den Vakuolen. Saftverbrennung ist daher das auslösende Ereignis von PPO in der Mangohaut, da es Zellkompartimente abbaut. PPO ist in der Haut, im Saft und im Fruchtfleisch von Mangos mit den höchsten Aktivitätsgraden in der Haut enthalten.
In Avocado
PPO in Avocados bewirkt eine schnelle Bräunung bei Einwirkung von Sauerstoff, ein mehrstufiger Prozess der beiden Reaktionen , die Oxidationsmonophenolen und Polyphenolen, die sich in o-Chinon - Produkte anschließend umgewandelt irreversibel in braune Polymer Pigmente ( Melanine ).
Im Apfel
PPO kommt in den Chloroplasten und Mitochondrien aller Teile eines Apfels vor und ist das Hauptenzym, das für die enzymatische Bräunung von Äpfeln verantwortlich ist. Aufgrund der steigenden Verbrauchernachfrage nach vorgefertigtem Obst und Gemüse wurde eine Lösung für das enzymatische Bräunen ein Ziel der Forschung und Entwicklung neuer Produkte. Zum Beispiel sind vorgeschnittene Äpfel ein attraktives Konsumprodukt, aber das Schneiden von Äpfeln induziert PPO-Aktivität, was zu einer Bräunung der Schnittflächen führt und ihre ästhetische Qualität verringert. Bräunung tritt auch in Apfelsäften und -pürees auf, wenn sie schlecht gehandhabt oder verarbeitet werden.
Arktische Äpfel , ein Beispiel für gentechnisch veränderte Früchte , die zur Verringerung der PPO-Aktivität entwickelt wurden, sind eine Reihe von geschützten Äpfeln, die ein nicht bräunendes Merkmal enthalten, das durch Gen-Silencing abgeleitet wird , um die Expression von PPO zu unterdrücken und so die Fruchtbräunung zu hemmen.
In Aprikose
Aprikose als klimakterische Frucht durchläuft eine schnelle Reifung nach der Ernte . Die latente PPO-Form kann sich in den ersten Wochen der Lagerung spontan aktivieren und das aktive Enzym mit einem Molekulargewicht von 38 kDa erzeugen. Ascorbinsäure / Protease- Kombinationen stellen eine vielversprechende praktische Antibräunungsmethode dar, da behandelte Aprikosenpürees ihre Farbe behalten .
In Kartoffel
Gefunden in hohen Konzentrationen in potato tuber Schal und 1-2 mm von den äußeren Geweben cortex wird PPO in der Kartoffel als Abwehr gegen Insektenfraß verwendet, um enzymatische Bräunung von Gewebeschäden führt. Schäden im Hautgewebe der Kartoffelknolle führen zu einer Störung der Zellkompartimentation, was zu einer Bräunung führt. Die braunen oder schwarzen Pigmente entstehen durch die Reaktion von PPO- Chinon- Produkten mit Aminosäuregruppen in der Knolle. Bei Kartoffeln werden PPO-Gene nicht nur in Kartoffelknollen exprimiert, sondern auch in Blättern, Blattstielen , Blüten und Wurzeln.
In Nussbaum
In Walnuss ( Juglans regia ) wurden zwei verschiedene Gene ( jr PPO1 und jr PPO2) identifiziert, die für Polyphenoloxidasen kodieren. Die beiden Isoenzyme bevorzugen unterschiedliche Substrate , da jr PPO1 eine höhere Aktivität gegenüber Monophenolen zeigt , während jr PPO2 gegenüber Diphenolen aktiver ist .
In Schwarzpappel
Eine monomere Catecholoxidase aus Populus nigra wandelt an verletzten Zellen Kaffeesäure in Chinon und Melanin um .
Verwandte Enzyme
Prophenoloxidase ist eine modifizierte Form der Komplementreaktion, die bei einigen Wirbellosen, einschließlich Insekten , Krabben und Würmern, vorkommt .
Hämocyanin ist homolog zu den Phenoloxidasen (zB Tyrosinase ), da beide Enzyme die Koordination des aktiven Zentrums des Kupfers teilen. Hämocyanin zeigt ebenfalls PPO-Aktivität, jedoch mit verlangsamter Kinetik aufgrund eines größeren sterischen Volumens am aktiven Zentrum. Eine teilweise Denaturierung verbessert tatsächlich die PPO-Aktivität von Hämocyanin, indem sie einen besseren Zugang zum aktiven Zentrum bietet.
Die Aureusidin-Synthase ist homolog zur pflanzlichen Polyphenoloxidase, enthält jedoch bestimmte signifikante Modifikationen.
Auronsynthase katalysiert die Bildung von Auronen. Aus Coreopsis grandiflora gereinigte Auron- Synthase zeigt eine schwache Tyrosinase- Aktivität gegen Isoliquiritigenin , das Enzym reagiert jedoch nicht mit den klassischen Tyrosinase- Substraten L- Tyrosin und Tyramin und muss daher der Katecholoxidase zugeordnet werden .
