Fitaz Nedir? Fitattan Fosfat Koparan Mantar Enzimi

Tohumlarda fosfor, çoğunlukla fitik asit adıyla bilinen myo-inositol heksakisfosfat biçiminde depolanır. Fitaz, bu molekülden fosfat gruplarını koparan enzimin adıdır: Aspergillus niger'den klonlanan phyA geninin ürünü fitatı myo-inositol ve inorganik fosfata hidroliz eder (Van Hartingsveldt ve ark., 1993). Bu yazı enzimin kimyasını, mantar kaynaklarını, yapısını, ısıya dayanıklı biçimlerini ve yem sanayiindeki yerini literatürden aktarıyor.

Fitat ve fosfatın kilidi

Fitik asit, tohum oluşumu sırasında depolanan organik fosforun başlıca biçimidir (Singh ve ark., 2023). Molekülün altı fosfat grubu bir inositol halkasına bağlıdır ve bu grupların koparılması ancak uygun bir hidrolazla mümkündür. Enzim kinetiğini karşılaştıran bir çalışmaya göre fitaz fazlası kullanıldığında incelenen bütün fitazlar fitik asidin altı fosfat grubundan beşini serbest bırakmış, geriye son ürün olarak myo-inositol 2-monofosfat kalmıştır (Wyss ve ark., 1999). Aynı çalışmada bir fitaz ile A. niger'in pH 2,5 asit fosfatazının birlikte kullanılmasının altı fosfat grubunun tamamını serbest bıraktığı gösterilmiştir (Wyss ve ark., 1999).

Enzimlerin hepsi aynı seçicilikte değil. Aynı karşılaştırmada A. niger, Aspergillus terreus ve Escherichia coli fitazları fitik aside oldukça özgül bulunurken, Aspergillus fumigatus, Emericella nidulans ve Myceliophthora thermophila fitazları fenil fosfat, şeker fosfatları, ADP ve ATP dahil geniş bir fosfat bileşiği yelpazesine belirgin etkinlik göstermiştir (Wyss ve ark., 1999).

phyA: bir genin hikâyesi

Enzimin geni 1993'te izole edildi. A. niger NRRL3135'ten klonlanan phyA geninin 467 aminoasitlik bir açık okuma çerçevesi kodladığı, başlangıç kodonunu bir sinyal peptidi dizisinin izlediği ve ifadenin ortamdaki inorganik fosfat düzeyine yanıt olarak mRNA birikimi düzeyinde denetlendiği bildirilmiştir (Van Hartingsveldt ve ark., 1993). Aynı çalışmada genin çok sayıda kopyasını taşıyan transformantlarda fitaz düzeyinin yabani tipe göre on kattan fazla arttığı gösterilmiştir (Van Hartingsveldt ve ark., 1993). Mantarların besinlere hücre dışı enzimle ulaşmasını mantarlar nasıl beslenir yazısında anlatıyoruz.

Enzimin üç boyutlu yapısı da erken çözüldü: Aspergillus ficuum fitazının 2,5 angström çözünürlükteki kristal yapısında sıçan asit fosfatazına benzeyen bir alfa/beta alanı ile yeni bir kıvrım taşıyan bir alfa alanı tanımlanmıştır (Kostrewa ve ark., 1997). Fitaz araştırmalarını derleyen bir çalışma bu enzimin histidin asit fosfatazları (HAP) sınıfına girdiğini ve A. niger'in phyB adlı ikinci bir fitazının da kristal yapısının çözüldüğünü belirtir (Mullaney ve ark., 2000).

Sıcağa dayanan fitazlar

Enzimin dayanıklılığı, kullanım alanını doğrudan belirler. A. fumigatus'tan klonlanan ve A. niger'de aşırı ifade edilen bir fitazın 100 santigrat dereceye kadar 20 dakika boyunca dayandığı ve başlangıç etkinliğinin yalnız yüzde 10'unu yitirdiği bildirilmiştir (Pasamontes ve ark., 1997). Aynı çalışmada enzimin fitik asitle pH 2,5-7,5 aralığında etkinlik gösterdiği belirtilmiştir (Pasamontes ve ark., 1997).

Dayanıklılık laboratuvarda tasarlanabiliyor da. A. niger PhyA fitazının kristal yapısı ısıya dayanıklı A. fumigatus fitazıyla karşılaştırıldığında üç bölgede yer alan 18 aminoasit kalıntısı ısıl kararlılıkla ilişkilendirilmiş, bu kalıntıların değiştirilmesiyle elde edilen enzim 70 santigrat derecede yabani tipten daha kararlı çıkmıştır (Han ve ark., 2018). Aynı çalışmada dokuz nokta değişimi taşıyan ikinci bir biçimin 80 derecede bir saat sonunda etkinliğinin yüzde 56'sını koruduğu ölçülmüştür (Han ve ark., 2018).

Yem sanayiinde fitaz

Fitazın endüstriyel geçmişi hayvan yemiyle iç içe. Alandaki gelişmeleri derleyen bir çalışmaya göre tek mideli hayvanlar fitat fosforunu sindiremez ve bu nedenle rasyona ek fosfat katılır; fazla fosfor gübre olarak toprağa verildiğinde toprağın bağlama kapasitesi aşıldığında çevresel bir soruna dönüşür (Mullaney ve ark., 2000). Aynı derlemeye göre A. niger NRRL 3135 fitazının fitat fosforunu hidroliz ettiği çok sayıda yem çalışmasında gösterilmiş ve gen klonlanıp aşırı ifade edilerek ticari bir kaynak sağlanmıştır (Mullaney ve ark., 2000).

Kanatlı yemleri üzerine bir derleme, bitkisel yem bileşenlerinin fitat fosforu bakımından zengin olduğunu, bu fosforun kanatlı sindirim kanalında düşük oranda değerlendirildiğini ve gübreyle atılan fosforun toprağı ve yeraltı suyunu etkilediğini; E. coli, Peniophora lycii ve A. niger kaynaklı fitazların rasyona katılmasının fitat fosforunun basamaklı biçimde serbest kalmasını sağladığını anlatır (Abbasi ve ark., 2019).

Üretim tarafında da mantarlar öne çıkıyor. Katı hâl fermantasyonunu derleyen bir çalışmaya göre Aspergillus türleri fitaz üreticilerinin başında gelir, mantar fitazları histidin asit fosfatazlarıdır, geniş substrat yelpazesi gösterir ve proteazlara görece dayanıklıdır; üretimde çeşitli tarımsal ve endüstriyel artıklar substrat olarak kullanılır (Singh ve ark., 2023). Benzer bir katı substrat mantığını harcanmış mantar substratı yazısında ele alıyoruz.

Tahıl tanesinden gelen bir engel

Enzimin her koşulda çalıştığını varsaymak yanlış olur. Bir çalışmada arpa, pirinç, buğday ve mısır tanesi bileşenlerinin A. ficuum fitazının etkinliğini baskıladığı, baskılanmanın doza bağlı olduğu ve türler ile çeşitler arasında belirgin biçimde değiştiği bildirilmiştir (Bekalu ve ark., 2017). Aynı çalışmada arpadan saflaştırılan yaklaşık 30-35 kilodaltonluk bir protein tanımlanmış ve baskılanmanın aspartik proteinaz türü bir proteaz etkinliğinden kaynaklandığı sonucuna varılmıştır (Bekalu ve ark., 2017).

Fosfat bağlarını kesen bu enzimin yanında, bitki hücre duvarındaki başka bağlara çalışan mantar enzimlerini pektinaz enzimi nedir ve ksilanaz enzimi nedir yazılarında, selülozu parçalayan takımı ise selülaz nedir yazısında anlatıyoruz.

Bilimsel referanslar

Abbasi, F. et al. (2019). Low digestibility of phytate phosphorus, their impacts on the environment, and phytase opportunity in the poultry industry. Environ Sci Pollut Res Int, 26(10), 9469-9479. PMID 30788700. DOI 10.1007/s11356-018-4000-0.

Bekalu, Z.E. et al. (2017). Aspergillus ficuum phytase activity is inhibited by cereal grain components. PLoS One, 12(5), e0176838. PMID 28472144. DOI 10.1371/journal.pone.0176838.

Han, N. et al. (2018). Enhancing thermal tolerance of Aspergillus niger PhyA phytase directed by structural comparison and computational simulation. BMC Biotechnol, 18(1), 36. PMID 29859065. DOI 10.1186/s12896-018-0445-y.

Kostrewa, D. et al. (1997). Crystal structure of phytase from Aspergillus ficuum at 2.5 A resolution. Nat Struct Biol, 4(3), 185-90. PMID 9164457. DOI 10.1038/nsb0397-185.

Mullaney, E.J. et al. (2000). Advances in phytase research. Adv Appl Microbiol, 47, 157-99. PMID 12876797. DOI 10.1016/s0065-2164(00)47004-8.

Pasamontes, L. et al. (1997). Gene cloning, purification, and characterization of a heat-stable phytase from the fungus Aspergillus fumigatus. Appl Environ Microbiol, 63(5), 1696-700. PMID 9143104. DOI 10.1128/aem.63.5.1696-1700.1997.

Singh, B. et al. (2023). Production of fungal phytases in solid state fermentation and potential biotechnological applications. World J Microbiol Biotechnol, 40(1), 22. PMID 38008864. DOI 10.1007/s11274-023-03783-1.

Van Hartingsveldt, W. et al. (1993). Cloning, characterization and overexpression of the phytase-encoding gene (phyA) of Aspergillus niger. Gene, 127(1), 87-94. PMID 8387447. DOI 10.1016/0378-1119(93)90620-i.

Wyss, M. et al. (1999). Biochemical characterization of fungal phytases (myo-inositol hexakisphosphate phosphohydrolases): catalytic properties. Appl Environ Microbiol, 65(2), 367-73. PMID 9925555. DOI 10.1128/AEM.65.2.367-373.1999.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 9  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya