Трансглютаминаза: что это такое¶
Трансглютаминаза — фермент класса трансфераз, катализирующий перенос аминогруппы глутамина на первичные амины с образованием изопептидных связей между остатками глутамина и лизина. Фермент относится к семейству трансглютаминаз (КФ 2.3.2.13) и выполняет важнейшие функции в свёртывании крови, ремоделировании тканей, синтезе белков и пищевой промышленности.
¶Биохимия реакции
Трансглютаминаза катализирует реакцию ацилпереноса между γ-карбоксамидной группой глутаминового остатка и ε-аминогруппой лизинового остатка. Образующаяся изопептидная связь (γ-глутамил-ε-лизиновая) является ковалентной и устойчивой к протеолизу, что придаёт белкам, скреплённым таким образом, повышенную стабильность.
Реакция может идти в двух направлениях:
- Перенос аминогруппы на первичные амины (включая воду — гидролиз, ведущий к дезамидированию глутамина).
- Кросс-линкование белков через изопептидные связи.
Для активности ферменту необходим ион кальция (за исключением трансглютаминазы крови, активируемой тромбином) и часто — дисульфидные связи, регулируемые трансглутаминазой-фактором XIII.
¶Классификация
Выделяют несколько основных типов трансглютаминаз:
| Тип | Локализация | Функция |
|---|---|---|
| Трансглютаминаза крови (фактор XIII свёртывания) | плазма, тромбоциты | стабилизация фибринового сгустка |
| Тканевая трансглютаминаза (TG2) | внеклеточный матрикс, цитоплазма | ремоделирование тканей, адгезия клеток |
| Эпидермальная трансглютаминаза (TG1) | кожа | созревание кератиноцитов, барьерная функция |
| Мышечная трансглютаминаза (TG3) | волосяные фолликулы, эпидермис | кератинизация |
| Трансглютаминаза 5 (TG5) | кожа, волосы | синтез кератинов |
| Микробная трансглютаминаза | бактерии (Streptomyces, Bacillus) | промышленное применение |
¶Фактор XIII свёртывания крови
Фактор XIII (трансглютаминаза крови) — один из ключевых компонентов гемостаза. Он синтезируется в мегакариоцитах и макрофагах, циркулирует в плазме как неактивный тетрамер (две каталитические субъединицы A и две регуляторные B). Активация происходит тромбином в присутствии ионов Ca²⁺ и фактора XIIIa.
Активированный фактор XIIIa катализирует кросс-линкование фибрина, делая сгусток устойчивым к фибринолизу. Дефицит фактора XIII (встречается с частотой около 1:2–5 млн) проявляется поздним кровотечением, нарушением заживления ран и повторными выкидышами.
¶Тканевая трансглютаминаза (TG2)
TG2 — наиболее изученный представитель семейства. Локализуется в основном во внеклеточном матриксе, где участвует в кросс-линковании коллагена и фибронектина. Внутри клетки TG2 связана с GTP и выполняет сигнальные функции.
TG2 является аутоантигеном при целиакии — аутоиммунном заболевании, вызванном непереносимостью глютена. При целиакии фермент деамидирует глиадин (компонент глютена), превращая его в более иммуногенный вариант, что запускает аутоиммунный ответ. Антитела к тканевой трансглютаминазе используются как диагностический маркер целиакии.
¶Применение
¶Медицина
- Диагностика целиакии (антитела IgA к TG2).
- Оценка дефицита фактора XIII.
- Исследование аутоиммунных заболеваний.
¶Пищевая промышленность
Микробные трансглютаминазы (продуценты — Streptomyces mobaraensis, Bacillus subtilis) широко используются как пищевая добавка E1603. Фермент применяется для:
- Улучшения текстуры мясных и молочных продуктов.
- Связывания белков в тесте (хлебобулочные изделия).
- Производства аналогов сыра и колбас.
- Повышения выхода продукта за счёт связывания воды.
¶Биотехнология
Трансглютаминазы применяются в биоконjugации — ковалентном связывании белков, антител и ферментов для создания биоактивных материалов, гидрогелей и наночастиц.
¶Регуляция
Активность трансглютаминаз регулируется на нескольких уровнях:
- Концентрация ионов Ca²⁺ — основной активатор большинства типов.
- Окислительно-восстановительный статус — дисульфидные связи в активном центре.
- Ингибиторы: цистеин, гуанидин, некоторые металлы (Cu²⁺, Zn²⁺).
- Транскрипционная регуляция: экспрессия TG2 повышается при воспалении, трансформации клеток и повреждении тканей.
¶Интересные факты
- Изопептидная связь, образуемая трансглютаминазой, настолько прочна, что белки, скреплённые ею, не разрушаются протеазами ни в пищеварительном тракте, ни в лабораторных условиях.
- Трансглютаминаза участвует в формировании кутикулы волос и ногтей, а её дефекты связаны с наследственными заболеваниями (например, буллёзный эпидермолиз).
- Микробные трансглютаминазы были открыты в 1980-х годах в Японии и с тех пор стали одними из самых коммерчески значимых ферментов пищевой индустрии.
¶Источники
- Lorand L., Graham R.M. Transglutaminases: crosslinking enzymes with pleiotropic functions // Nature Reviews Molecular Cell Biology. — 2003.
- Greenberg C.S., Birckbichler P.J., Rice R.H. Transglutaminases: multifunctional cross-linking enzymes that stabilize tissues // FASEB Journal. — 1991.
- Ковалёв А.Н. Биохимия ферментов. — М.: Наука.
- Медицинская энциклопедия: Трансглютаминаза // Большая медицинская энциклопедия.