Pektinaz Nedir? Mantarların Pektin Parçalayan Enzimleri

Meyve suyunu bulanık bırakan ve kıvamını ağırlaştıran şey, bitki hücre duvarından gelen pektik maddelerdir; pektinaz enzimleri de bu maddeleri parçalayarak sıvıyı berraklaştırır (Patel ve ark., 2022). Adı tek bir enzimi değil, pektinin farklı bağlarına saldıran bir enzim grubunu anlatır. Bu yazı pektinin yapısını, mantarların bu polimeri parçalamak için kullandığı enzim ağını, bu enzimlerin bitki patojenliğindeki yerini ve endüstriyel kullanımını literatür üzerinden ele alıyor.

Önce substrat: pektin nasıl bir molekül?

Pektin, bütün bitkilerin birincil hücre duvarlarında bulunan karmaşık polisakkaritlerden oluşan bir ailedir (Ridley ve ark., 2001). Aynı derlemeye göre pektik polisakkaritlerin yapısının karmaşıklığı ve bitkilerin pektin sentezi için gereken çok sayıda geni koruması, pektinin bitki gelişiminde birden çok işlevi olduğuna işaret eder (Ridley ve ark., 2001). Kısacası pektinaz, selüloz gibi düzenli bir polimerin değil, çok parçalı bir yapının karşısındadır. Selülozu kesen enzim takımını selülaz nedir yazısında ele aldık.

Mantarların bu yapıya verdiği yanıt bir enzim ağıdır. Aspergillus niger genomunda yapılan taramada yalnız pektin omurgasının parçalanmasında görev alan en az 39 gen öngörülmüş, yan zincirlerin yıkımı için gerekli enzimleri kodlayan genler de buna eklenmiştir (Martens-Uzunova ve ark., 2009). Aynı çalışmada mantar şeker pancarı pektini ve pektinin başlıca şeker birimleriyle büyütüldüğünde 46 pektinolitik gen ifadesi saptanmış ve buradan basamaklı bir pektin yıkım modeli önerilmiştir (Martens-Uzunova ve ark., 2009).

Takımın üyeleri ve yaptıkları iş

Pektinaz başlığı altında toplanan enzimler işlerine göre ayrılır:

• Poligalakturonaz: pektin omurgasındaki galakturonik asit birimleri arasındaki bağları hidroliz eder. Endo biçimi zincirin içinden, ekzo biçimi uçtan keser.
• Pektin metilesteraz: omurgadaki metil ester gruplarını koparır ve zinciri diğer enzimler için erişilebilir kılar.
• Pektin ve pektat liyazlar: bağları su katarak değil, eliminasyon tepkimesiyle kırar.
• Yan zincir enzimleri: arabinan ve arabinogalaktan kollarını temizler (Martens-Uzunova ve ark., 2009).

Cinsin enzim dağarcığını derleyen bir çalışmaya göre Aspergillus üyeleri bitki hücre duvarını parçalayan geniş bir enzim yelpazesi üretir; bu yelpaze polisakkaritin tümüyle parçalanmasına olduğu kadar, saflaştırılmış tek bir enzimle ölçülü değişiklik yapmaya da izin verir (De Vries ve ark., 2001). Aynı derleme bu enzimlerin gıda ve yem, içecek, tekstil ve kâğıt hamuru üretiminde uzun süredir kullanıldığını belirtir (De Vries ve ark., 2001).

Bitki patojenlerinde pektinazların yeri

Pektin, bir mantarın bitki dokusuna girerken karşılaştığı ilk engellerden biri. Botrytis cinerea ile yapılan bir çalışmada endopoligalakturonaz kodlayan Bcpg1 geni klonlanmış, genin domates yapraklarının enfeksiyonu sırasında ifade edildiği gösterilmiştir (Ten Have ve ark., 1998). Aynı çalışmada gen kısmi yer değiştirmeyle susturulduğunda mutantların patojenliğini koruduğu, ancak domates yaprağı ve meyvesi ile elmada lezyonun aşılama noktasının ötesine büyümesinin belirgin biçimde azaldığı bulunmuştur (Ten Have ve ark., 1998). Aynı mantarın üzüm tanesindeki farklı seyrini soylu çürüklük yazısında anlatıyoruz.

Bu genler tek kopya da değil. Otuz dört izolatın üç poligalakturonaz lokusunu dizileyen bir çalışmaya göre B. cinerea altı ayrı hücre duvarı parçalayıcı poligalakturonaz taşır; BcPG1 ve BcPG2 lokusları patojenlikle ilgisiz lokuslara göre belirgin biçimde daha polimorfik, BcPG3 ise daha korunmuş bulunmuştur (Rowe ve ark., 2007). Aynı çalışmada BcPG2'deki dizi değişkenliğinin pektin üzerindeki büyüme hızıyla istatistiksel olarak ilişkili olduğu bildirilmiştir (Rowe ve ark., 2007).

Bitkiler bu enzimlere seyirci kalmıyor. Bitki hücre duvarındaki inhibitör proteinleri derleyen bir çalışmaya göre bitkiler poligalakturonaz, pektin metilesteraz ve pektin liyaz gibi pektin parçalayıcı enzimlere karşı protein inhibitörleri geliştirmiştir; bu inhibitörlerin üç boyutlu yapılarının çözülmesi, işlevleri ve evrimleri hakkında yeni kanıtlar sağlamıştır (Juge, 2006).

Meyve suyu ve berraklaştırma

Pektinazların endüstride yerleşmiş işi berraklaştırma. Derlemeye göre pektik maddeler meyve sularında bulanıklığa ve yüksek viskoziteye yol açar, pektinazlar bu bileşikleri parçalar ve toksik olmayan yapılarıyla berraklaştırma için elverişli biyokatalizörlerdir (Patel ve ark., 2022). Aynı derleme, enzimlerin serbest hâlde sınırlı kararlılık göstermesi ve yeniden kullanılamaması nedeniyle taşıyıcıya sabitleme tekniklerinin araştırıldığını anlatır (Patel ve ark., 2022).

Enzimin nasıl üretildiği de bir araştırma konusu. Katı hâl fermantasyonunu derleyen bir çalışmaya göre poligalakturonaz ve pektin metilesteraz üretiminde düşük maliyetli tarımsal ve endüstriyel artıklar, özellikle narenciye atıkları, substrat olarak kullanılmakta ve mantarların ürettiği asidik pektinazlar meyve suyu berraklaştırmada tercih edilmektedir (Patidar ve ark., 2018). Mantarların hücre dışına enzim salarak beslenmesini mantarlar nasıl beslenir yazısında anlatıyoruz.

Ketenden lif ayırmak: havuzlama

Pektinazların daha az bilinen bir kullanım alanı, keten lifini gövdeden ayıran havuzlama işlemi. Rhizopus oryzae ile yapılan bir çalışmada bu mantarın havuzlamayı yürüten bileşeni saflaştırılmış, 37.436 dalton kütleli bu hücre dışı enzimin metillenmemiş poligalakturonik asidi tercih ettiği ve 28. aileye ait bir poligalakturonaz olduğu belirlenmiştir (Zhang ve ark., 2005).

Enzim kaynağı sonucu değiştiriyor. Dört farklı mantar kaynaklı poligalakturonaz çözeltisini karşılaştıran bir çalışmada bütün enzim uygulamaları tampon kontrolüne göre ince lif verimini artırmış, A. niger enzimiyle ince lif veriminde yüzde 62'lik bir artış ölçülmüş ve lif dayanımı kontrolden istatistiksel olarak farklı bulunmamıştır (Evans ve ark., 2002). Aynı çalışmada Rhizopus kaynaklı enzimlerin daha zayıf lif verdiği bildirilmiştir (Evans ve ark., 2002). Aynı ailenin bir başka üyesi olan hemiselüloz enzimlerini ksilanaz enzimi nedir, fosfor bağlarını kesen mantar enzimini ise fitaz enzimi nedir yazısında ele alıyoruz.

Bilimsel referanslar

De Vries, R.P. et al. (2001). Aspergillus enzymes involved in degradation of plant cell wall polysaccharides. Microbiol Mol Biol Rev, 65(4), 497-522. PMID 11729262. DOI 10.1128/MMBR.65.4.497-522.2001.

Evans, J.D. et al. (2002). Flax-retting by polygalacturonase-containing enzyme mixtures and effects on fiber properties. J Biotechnol, 97(3), 223-31. PMID 12084478. DOI 10.1016/s0168-1656(02)00066-4.

Juge, N. (2006). Plant protein inhibitors of cell wall degrading enzymes. Trends Plant Sci, 11(7), 359-67. PMID 16774842. DOI 10.1016/j.tplants.2006.05.006.

Martens-Uzunova, E.S. et al. (2009). Assessment of the pectin degrading enzyme network of Aspergillus niger by functional genomics. Fungal Genet Biol, 46(Suppl 1), S170-S179. PMID 19618506. DOI 10.1016/j.fgb.2008.07.021.

Patel, V.B. et al. (2022). A review on pectinase properties, application in juice clarification, and membranes as immobilization support. J Food Sci, 87(8), 3338-3354. PMID 35781268. DOI 10.1111/1750-3841.16233.

Patidar, M.K. et al. (2018). Pectinolytic enzymes-solid state fermentation, assay methods and applications in fruit juice industries: a review. 3 Biotech, 8(4), 199. PMID 29581931. DOI 10.1007/s13205-018-1220-4.

Ridley, B.L. et al. (2001). Pectins: structure, biosynthesis, and oligogalacturonide-related signaling. Phytochemistry, 57(6), 929-67. PMID 11423142. DOI 10.1016/s0031-9422(01)00113-3.

Rowe, H.C. et al. (2007). Elevated genetic variation within virulence-associated Botrytis cinerea polygalacturonase loci. Mol Plant Microbe Interact, 20(9), 1126-37. PMID 17849715. DOI 10.1094/MPMI-20-9-1126.

Ten Have, A. et al. (1998). The endopolygalacturonase gene Bcpg1 is required for full virulence of Botrytis cinerea. Mol Plant Microbe Interact, 11(10), 1009-16. PMID 9768518. DOI 10.1094/MPMI.1998.11.10.1009.

Zhang, J. et al. (2005). The active component in the flax-retting system of the zygomycete Rhizopus oryzae sb is a family 28 polygalacturonase. J Ind Microbiol Biotechnol, 32(10), 431-8. PMID 16133102. DOI 10.1007/s10295-005-0014-y.

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: 10  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya