Bêta-galactosidase

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β-galactosidase

La β-galactosidase de Penicillum sp.
La β-galactosidase de Penicillum sp.

Caractéristiques générales
Nom approuvé β-D-galactoside galactohydrolase
Autres noms ou symbole lactase ; β-lactosidase ; maxilact ; hydrolact ; β-D-lactosidase ; S 2107 ; lactozyme ; trilactase ; β-D-galactanase ; oryzatyme ; sumiklat
Fonction glycosylase
Symbole GLB1
Homo sapiens
Chromosome et locus 3p21.33
Autre symbole ELNR1
Numéro CAS 9031-11-2
Entrez 2720
HUGO 4298
OMIM 230500
RefSeq NM_000404
UniProt P16278
Nomenclature EC 3.2.1.23

La β-galactosidase (EC 3.2.1.23) (parfois abrégée en bêta-gal ou β-gal) est une hydrolase (EC 3) dont le rôle est d'hydrolyser des β-galactosides en monosaccharides. Ses substrats de prédilection peuvent être le ganglioside GM1, les lactosylcéramides, le lactose, ainsi que plusieurs glycoprotéines[1]. Elle est composée de 4 sous unités semblables deux à deux.

Elle intervient dans le métabolisme du galactose et des sphingolipides, et dans la biosynthèse de glycosphingolipides.

Son absence (ou faible présence) dans l'intestin est la principale cause de l'incapacité à digérer le lactose chez l'homme, on parle d'intolérance au lactose. Génétiquement, une déficience au niveau du gène GLB1 provoque la mucopolysaccharidose de type IV (MPS4), la galactosialidose ou la gangliosidose GM1.

Structure[modifier | modifier le code]

La toute première β-galactosidase à avoir été séquencée est celle d'Escherichia coli en 1970. Elle a 1024 acides aminés[2]. La protéine est constituée de quatre chaînes et a un poids moléculaire de 464 kDa. Chaque unité comprends cinq domaines, le troisième possédant le site actif[3]. Cette enzyme peut être séparée en deux peptides, LacZα and LacZΩ, aucune de ses unités ne pouvant être active par elle-même. Cette caractéristique est utilisée dans beaucoup de vecteurs de clonage pour terminer l'α-complémentation des chaînes spécifiques artificielles d'Escherichia coli, le peptide le plus court (LacZα) étant codé par le plasmide, alors que le peptide le plus long (LacZΩ) est codé en trans par le chromosome bactérien. Lorsque les fragments d'ADN sont insérés dans le vecteur et que la production de LacZα est interrompue, la cellule n'a plus aucune activité β-galactosidase. Il s'ensuit la présence de deux types de recombinants : ceux capables de dégrader le lactose et ceux ne le pouvant pas.

En 1995, Dimri et al. proposèrent une nouvelle isoforme de la β-galactosidase possédant un maximum d'activité à pH 6.0[4] qui ne s'exprimerait que lors de la sénescence (l'arrêt irréversible de la croissance des cellules). Un protocole de mesure spécifique fut même développé[5],[6],[7]. Aujourd'hui, on sait que cela correspond à une accumulation de β-galactosidase endogène lysosomale[8] et son expression n'est pas utile à la sénescence. Malgré tout, cette enzyme reste un biomarqueur de prédilection pour la phase de sénescence des cellules à cause de sa facilité à être détectée.

Mécanisme d'action[modifier | modifier le code]

Le site actif de la β-galactosidase catalyse l'hydrolyse de son substrat par des liaisons à la fois "en surface" et "en profondeur". Des ions K+ ainsi que des ions Mg++ sont nécessaires pour obtenir une action optimale de l'enzyme. L'attache covalente au substrat se fait par le groupe carboxyle terminal de la chaîne latérale d'un acide glutamique.

Chez E. coli, on pensait que c'était l'acide aminé Glu461 qui intervenait dans cette réaction de substitution[9]. On sait aujourd'hui que cet acide aminé est en réalité un catalyseur acide et que c'est plutôt Glu537 qui est l'intermédiaire covalent[10].

Chez l'être humain, le pôle nucléophile de l'hydrolyse est Glu268[11].

Application en bactériologie[modifier | modifier le code]

Cette enzyme est recherchée dans les galeries d'identification bactériennes : en l'absence de dégradation du lactose, on s'interroge sur la présence de cette enzyme, et sur la présence d'une porine, une protéine membranaire de transport des molécules.

l'isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside ou IPTG a la capacité de se lier et d'inhiber le répresseur lac, induisant ainsi la transcription du gène codant pour la β-galactosidase.


Séquence[modifier | modifier le code]

La β-galactosidase humaine contient 677 acides aminés.

        10          20          30          40          50          60
MPGFLVRILP  LLLVLLLLGP  TRGLRNATQR  MFEIDYSRDS  FLKDGQPFRY  ISGSIHYSRV

        70          80          90         100         110         120
PRFYWKDRLL  KMKMAGLNAI  QTYVPWNFHE  PWPGQYQFSE  DHDVEYFLRL  AHELGLLVIL

       130         140         150         160         170         180
RPGPYICAEW  EMGGLPAWLL  EKESILLRSS  DPDYLAAVDK  WLGVLLPKMK  PLLYQNGGPV

       190         200         210         220         230         240
ITVQVENEYG  SYFACDFDYL  RFLQKRFRHH  LGDDVVLFTT  DGAHKTFLKC  GALQGLYTTV

       250         260         270         280         290         300
DFGTGSNITD  AFLSQRKCEP  KGPLINSEFY  TGWLDHWGQP  HSTIKTEAVA  SSLYDILARG

       310         320         330         340         350         360
ASVNLYMFIG  GTNFAYWNGA  NSPYAAQPTS  YDYDAPLSEA  GDLTEKYFAL  RNIIQKFEKV

       370         380         390         400         410         420
PEGPIPPSTP  KFAYGKVTLE  KLKTVGAALD  ILCPSGPIKS  LYPLTFIQVK  QHYGFVLYRT

       430         440         450         460         470         480
TLPQDCSNPA  PLSSPLNGVH  DRAYVAVDGI  PQGVLERNNV  ITLNITGKAG  ATLDLLVENM

       490         500         510         520         530         540
GRVNYGAYIN  DFKGLVSNLT  LSSNILTDWT  IFPLDTEDAV  RSHLGGWGHR  DSGHHDEAWA

       550         560         570         580         590         600
HNSSNYTLPA  FYMGNFSIPS  GIPDLPQDTF  IQFPGWTKGQ  VWINGFNLGR  YWPARGPQLT

       610         620         630         640         650         660
LFVPQHILMT  SAPNTITVLE  LEWAPCSSDD  PELCAVTFVD  RPVIGSSVTY  DHPSKPVEKR

       670
LMPPPPQKNK  DSWLDHV

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Dorland's Illustrated Medical Dictionary (lire en ligne)
  2. (en) Fowler AV, Zabin I, « The amino acid sequence of beta galactosidase. I. Isolation and composition of tryptic peptides », J. Biol. Chem., vol. 245, no 19,‎ octobre 1970, p. 5032–41 (PMID 4918568, lire en ligne)
  3. (en) Matthews BW, « The structure of E. coli beta-galactosidase », C. R. Biol., vol. 328, no 6,‎ juin 2005, p. 549–56 (PMID 15950161, DOI 10.1016/j.crvi.2005.03.006)
  4. (en) Dimri GP, Lee X, Basile G, Acosta M, Scott G, Roskelley C, Medrano EE, Linskens M, Rubelj I, Pereira-Smith O, « A biomarker that identifies senescent human cells in culture and in aging skin in vivo », Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., vol. 92, no 20,‎ septembre 1995, p. 9363–7 (PMID 7568133, PMCID 40985, DOI 10.1073/pnas.92.20.9363)
  5. (en) Bassaneze V, Miyakawa AA, Krieger JE, « A quantitative chemiluminescent method for studying replicative and stress-induced premature senescence in cell cultures », Anal. Biochem., vol. 372, no 2,‎ janvier 2008, p. 198–203 (PMID 17920029, DOI 10.1016/j.ab.2007.08.016)
  6. (en) Gary RK, Kindell SM, « Quantitative assay of senescence-associated beta-galactosidase activity in mammalian cell extracts », Anal. Biochem., vol. 343, no 2,‎ août 2005, p. 329–34 (PMID 16004951, DOI 10.1016/j.ab.2005.06.003)
  7. (en) Itahana K, Campisi J, Dimri GP, « Methods to detect biomarkers of cellular senescence: the senescence-associated beta-galactosidase assay », Methods Mol. Biol., vol. 371,‎ 2007, p. 21–31 (PMID 17634571)
  8. (en) Lee BY, Han JA, Im JS, Morrone A, Johung K, Goodwin EC, Kleijer WJ, DiMaio D, Hwang ES, « Senescence-associated beta-galactosidase is lysosomal beta-galactosidase », Aging Cell, vol. 5, no 2,‎ avril 2006, p. 187–95 (PMID 16626397, DOI 10.1111/j.1474-9726.2006.00199.x)
  9. (en) Gebler JC, Aebersold R, Withers SG, « Glu-537, not Glu-461, is the nucleophile in the active site of (lac Z) beta-galactosidase from Escherichia coli », J. Biol. Chem., vol. 267, no 16,‎ juin 1992, p. 11126–30 (PMID 1350782, lire en ligne)
  10. (en) Yuan J, Martinez-Bilbao M, Huber RE, « Substitutions for Glu-537 of beta-galactosidase from Escherichia coli cause large decreases in catalytic activity », Biochem. J., vol. 299 ( Pt 2),‎ avril 1994, p. 527–31 (PMID 7909660, PMCID 1138303)
  11. (en) McCarter JD, Burgoyne DL, Miao S, Zhang S, Callahan JW, Withers SG, « Identification of Glu-268 as the catalytic nucleophile of human lysosomal beta-galactosidase precursor by mass spectrometry », J. Biol. Chem., vol. 272, no 1,‎ janvier 1997, p. 396–400 (PMID 8995274, DOI 10.1074/jbc.272.1.396)