Мирозиназа: фермент расщепления глюкозинолатов¶

Мирозиназа — фермент класса гидролаз (КФ 3.2.1.147), катализирующий расщепление глюкозинолатов — вторичных метаболитов, содержащихся в растениях семейства капустных (Brassicaceae). Относится к семейству гликозил-гидролаз и локализуется в специализированных клетках (мирозин-клетках) растительных тканей, будучи пространственно отделённой от самих глюкозинолатов.

¶Химическая реакция

Мирозиназа гидролизует тиоглюкозидную связь глюкозинолата, отщепляя глюкозу и оставляя нестабильный агликон. Последний самопроизвольно перегруппировывается (перегруппировка Лоссена) с образованием реакционноспособных продуктов:

• изотиоцианатов (горчичные масла);
• нитрилов;
• тиоцианатов;
• оксазолидин-2-тионов (при наличии β-гидроксильной группы).

Соотношение продуктов зависит от pH среды, наличия кофакторов (например, ионов Fe²⁺) и структуры боковой цепи глюкозинолата.

¶Биологическая роль

В неповреждённой растительной ткани мирозиназа и глюкозинолаты разобщены: фермент находится в мирозин-клетках, субстрат — в соседних. При повреждении тканей (поедании насекомыми, механическом разрушении) компартменты смешиваются, запускается реакция, и образуются токсичные для вредителей соединения. Эта система составляет основу химической защиты растений семейства капустных — так называемой «горчично-масляной бомбы».

¶Распространение

Мирозиназа обнаружена преимущественно у двудольных растений порядка Brassicales, включая:

• род Brassica (капуста, горчица, рапс, брокколи);
• хрен (Armoracia rusticana);
• васаби (Eutrema japonicum);
• некоторые виды семейства Capparaceae.

У животных и микроорганизмов гомологичные ферменты встречаются редко; отдельные бактерии кишечной микробиоты способны метаболизировать глюкозинолаты, но иным путём.

¶Практическое значение

В пищевой промышленности активность мирозиназы используют при производстве горчицы, хрена и васаби: контролируя условия гидролиза, регулируют остроту и аромат продукта. Изотиоцианаты, образующиеся при реакции, обладают антимикробными и антиоксидантными свойствами, что делает их объектом исследований в нутрициологии. Сульфорафан — продукт расщепления глюкорафанина — изучается как потенциальное противоопухолевое соединение.

В агрономии содержание глюкозинолатов и активность мирозиназы учитывают при селекции кормовых культур: избыток этих соединений снижает питательную ценность рапсового шрота и может вызывать нарушения у сельскохозяйственных животных.

¶Регуляция и инактивация

Мирозиназа — относительно термолабильный фермент: нагревание выше 60–70 °C необратимо снижает её активность, что объясняет потерю остроты при варке капусты или горчицы. Оптимум pH большинства растительных мирозин — в слабокислой или нейтральной области (pH 6–7). Активность также зависит от концентрации аскорбиновой кислоты и ионов металлов.

¶Методы определения

Активность мирозиназы оценивают спектрофотометрически — по скорости образования глюкозы или изотиоцианатов при инкубации с стандартным субстратом (например, синигрином). В биохимических исследованиях применяют также хроматографические методы (ВЭЖХ, ГХ-МС) для идентификации продуктов реакции.

¶Генетика и структура

Гены, кодирующие мирозиназу, секвенированы у ряда видов Brassica. Фермент синтезируется в виде предшественника с сигнальным пептидом, обеспечивающим транспорт в вакуоль или специализированные компартменты. Молекулярная масса зрелого белка варьирует в зависимости от вида — обычно в диапазоне 50–65 кДа.