Войти
Фитат A фитаза (мио-инозитолгексакисфосфатфосфогидролаза) - это любой тип фермента фосфатазы, который катализирует гидролиз фитиновой кислоты (гексакисфосфат мио-инозитола) - неперевариваемой органической формы фосфора, который содержится во многих тканях растений, особенно в зернах и масличные - и выделяет пригодную для использования форму неорганического фосфора. В то время как фитазы обнаруживаются у животных, растений, грибов и бактерий, фитазы чаще всего обнаруживаются и характеризуются в грибах.
Первая фитаза растений была обнаружена в 1907 году из рисовых отрубей и в 1908 г. от животного (печень и кровь теленка ). В 1962 году началась первая попытка коммерциализации фитаз для корма для животных с целью улучшения питания, когда International Minerals Chemicals (IMC) изучила более 2000 микроорганизмов, чтобы найти наиболее подходящие для производства фитазы. Этот проект был запущен отчасти из-за опасений по поводу того, что добываемые источники неорганического фосфора в конечном итоге закончатся (см. пик фосфора ), которые IMC поставляла для кормовой промышленности в то время. Aspergillus (ficuum) niger грибок штамм NRRL 3135 (ATCC 66876) был идентифицирован как многообещающий кандидат, поскольку он был способен продуцировать большие количества внеклеточных фитаз. Однако эффективности организма было недостаточно для коммерциализации, поэтому проект закончился в 1968 г. как неудачный.
Тем не менее, идентификация A. niger привела в 1984 г. к новой попытке с использованием мутантов A. niger изготовлены с использованием относительно недавно изобретенной технологии рекомбинантной ДНК. Этот проект, финансируемый USDA, был инициирован доктором Руди Водзински, который ранее участвовал в проекте IMC. Этот проект 1984 г. привел в 1991 г. к первому частично клонированному гену фитазы phyA (из A. niger NRRL 31235), а позже, в 1993 г., к клонированию полного гена, и он сверхэкспрессия у A. niger.
В 1991 BASF начал продавать первую коммерческую фитазу, произведенную в A. niger, под торговой маркой Natuphos, которая использовалась для увеличения содержания питательных веществ в корме для животных.
В 1999 г. бактериальные фитазы Escherichia coli были определены как более эффективные, чем фитазы грибов A. niger. Впоследствии это привело к использованию в кормах этого нового поколения бактериальных фитаз, которые превосходили грибковые фитазы по многим параметрам.
В литературе были охарактеризованы четыре различных класса фитаз. : гистидиновые кислые фосфатазы (HAPS), бета-пропеллерные фитазы (BPP), пурпурные кислые фосфатазы (PAP) и совсем недавно протеинтирозинфосфатазе -подобные фитазы (PTP-подобные фитазы
Большинство известных фитаз относятся к классу ферментов, называемых гистидин-кислыми фосфатазами (HAP). HAP были выделены из мицелиальных грибов, бактерий, дрожжей и растений. Все члены этого класса фитаз имеют общий мотив последовательности активного сайта (Arg-His-Gly-X-Arg-X-Pro) и имеют двухступенчатый механизм, который гидролизует фитиновую кислоту (а также некоторые другие фосфоэфиры). Фитаза гриба Aspergillus niger представляет собой HAP и хорошо известна своей высокой специфической активностью и коммерческой ролью в качестве кормовой добавки для животных, повышающей биодоступность фосфата из фитиновой кислоты в рационах на основе зерна домашней птицы и свиней. HAP также сверхэкспрессируется в нескольких трансгенных растениях в качестве потенциального альтернативного метода производства фитазы для производства кормов для животных, и совсем недавно ген фитазы HAP из E. coli был успешно экспрессирован у трансгенной свиньи.
β-пропеллерные фитазы составляют недавно открытый класс фитаз. Эти первые примеры ферментов этого класса были первоначально клонированы из видов Bacillus, но с тех пор было идентифицировано множество микроорганизмов, продуцирующих β-пропеллерные фитазы. Трехмерная структура фитазы β-пропеллера аналогична пропеллеру с шестью лопастями. Текущие исследования показывают, что β-пропеллерные фитазы являются основными ферментами, разлагающими фитат, в воде и почве и могут играть важную роль в круговороте фитат-фосфор.
Фитаза имеет недавно был выделен из семядолей прорастающих соевых бобов, которые имеют мотив активного центра пурпурной кислой фосфатазы (PAP). Этот класс металлоферментов хорошо изучен, и поиск в геномных базах данных обнаруживает PAP-подобные последовательности у растений, млекопитающих, грибов и бактерий. Однако было обнаружено, что только PAP из соевых бобов обладает какой-либо значительной фитазной активностью. Трехмерная структура, мотив последовательности активного сайта и предполагаемый механизм катализа были определены для PAP.
Лишь немногие из известных фитаз относятся к группе суперсемейство ферментов, называемых протеинтирозинфосфатазами (PTP). PTP-подобные фитазы, относительно недавно открытый класс фитаз, были выделены из бактерий, которые обычно населяют кишечник жвачных животных. Все охарактеризованные PTP-подобные фитазы имеют общий мотив последовательности активного сайта (His-Cys- (X) 5-Arg), двухступенчатый кислотно-основной механизм дефосфорилирования и активность в отношении фосфрилированных остатков тирозина, характеристики, которые являются общими для всех Ферменты суперсемейства ПТП. Подобно многим ферментам суперсемейства PTP, точные биологические субстраты и роль бактериальных PTP-подобных фитаз еще не определены. Охарактеризованные PTP-подобные фитазы из рубцовых бактерий имеют общие последовательности и структурную гомологию с PTP-подобной фосфоинозитид / -инозитолфосфатазой PTEN млекопитающих, а также значительную гомологию последовательностей с доменом PTP секретируемого типа III белка вирулентности из Pseudomonas syringae (HopPtoD2).
Большинство фитаз демонстрируют широкую субстратную специфичность, имея способность гидролизовать многие фосфорилированные соединения, которые структурно не похожи на фитиновая кислота, такая как АДФ, АТФ, фенилфосфат, фруктозо-1,6-бисфосфат, глюкозо-6-фосфат, глицерофосфат и 3-фосфоглицерат. Лишь несколько фитаз были описаны как высокоспецифичные для фитиновой кислоты, например фитазы из Bacillus sp., Aspergillus sp., E. coli и те фитазы, которые относятся к классу PTP-подобных фитаз
Фитиновая кислота имеет шесть фосфатных групп, которые могут высвобождаться фитазами с разной скоростью и в другой порядок. Фитазы поэтапно гидролизуют фосфаты из фитиновой кислоты, давая продукты, которые снова становятся субстратами для дальнейшего гидролиза. Большинство фитаз способны отщеплять пять из шести фосфатных групп от фитиновой кислоты. Фитазы были сгруппированы на основе первого фосфатного положения фитиновой кислоты, которая подвергается гидролизу. Комитет по номенклатуре ферментов Международного союза биохимиков признает три типа фитаз на основе положения первого гидролизованного фосфата: 3-фитаза (EC 3.1.3.8 ), 4-фитаза. (EC 3.1.3.26 ) и 5-фитаза (EC 3.1.3.72 ). На сегодняшний день большинство известных фитаз являются 3-фитазами или 4-фитазами, только HAP, очищенный из пыльцы лилии, и PTP-подобная фитаза из Selenomonas ruminantium subsp. lactilytica были определены как 5-фитазы.
Фитиновая кислота и ее метаболиты играют несколько важных ролей в семенах и зернах, в первую очередь, фитиновая кислота действует как хранилище фосфора, как накопитель энергии, как источник катионов и как источник мио-инозита (предшественник клеточной стенки). Фитиновая кислота является основной формой хранения фосфора в семенах растений и основным источником фосфора в зерновых рационах, используемых при интенсивном животноводстве. Органический фосфат, содержащийся в фитиновой кислоте, в основном недоступен для животных, которые его потребляют, но неорганический фосфат, выделяемый фитазами, может легко абсорбироваться. Жвачные животные могут использовать фитиновую кислоту в качестве источника фосфора, потому что бактерии, населяющие их кишечник, хорошо охарактеризованы как продуценты многих типов фитаз. Однако животные с однокамерным желудком не являются носителями бактерий, продуцирующих фитазу, таким образом, эти животные не могут использовать фитиновую кислоту в качестве основного источника фосфора, и она выводится с калом. Однако люди - особенно вегетарианцы и веганы из-за повышенной адаптации кишечного микробиома - могут иметь микробы в кишечнике, которые могут вырабатывать фитазу, расщепляющую фитиновую кислоту.
Phytic кислота и ее метаболиты играют еще несколько важных ролей в физиологических процессах эукариот. Таким образом, фитазы, которые гидролизуют фитиновую кислоту и ее метаболиты, также играют важную роль. Фитиновая кислота и ее метаболиты участвуют в репарации ДНК, рециклинге везикул , покрытых клатрином, контроле нейротрансмиссии и пролиферации клеток. Точная роль фитаз в регуляции фитиновой кислоты и ее метаболитов и, как следствие, роль в физиологических процессах, описанных выше, все еще в значительной степени неизвестны и являются предметом многих исследований.
Сообщалось, что фитаза вызывает гиперчувствительный пневмонит у человека, подвергшегося воздействию при добавлении фермента в корм для крупного рогатого скота.
Фитаза является продуцируется бактериями, обнаруженными в кишечнике жвачных животных (крупный рогатый скот, овцы), что позволяет им использовать фитиновую кислоту, содержащуюся в зернах, в качестве источника фосфора. Нежвачные животные (животные с однокамерным желудком ), такие как люди, собаки, свиньи, птицы и т. Д., Не производят фитазу. Исследования в области питания животных выдвинули идею дополнения кормов фитазой, чтобы сделать доступными для животных питательные вещества, связанные с фитатом, такие как кальций, фосфор, минералы., углеводы, аминокислоты и белки. В Канаде генетически модифицированная свинья по имени Энвиропиг, которая способна вырабатывать фитазу в основном через слюнные железы, была разработана и одобрена для ограниченного производства.
Фитаза используется в качестве корма для животных добавка - часто для домашней птицы и свиней - для повышения питательной ценности растительного материала за счет высвобождения неорганического фосфата из фитиновой кислоты (гексакисфосфат мио-инозита). Фитаза может быть очищена от трансгенных микробов, и недавно была получена в трансгенных растениях канолы, люцерны и риса..
