β-半乳糖苷酶的应用领域及催化机制？ ¹

β-半乳糖苷酶是一种重要的糖苷水解酶，具有广泛的应用前景，尤其在乳制品、食品和制药行业。该酶主要由细菌和酵母在细胞内环境中合成。

酶的催化机制

β-半乳糖苷酶通过与底物的“浅层”和“深层”结合来催化双糖的水解反应。酶的最佳活性需要一价的钾离子（K+）和二价的镁离子（Mg2+）。酶通过裂解β-核苷间键来将底物转化为产物，而谷氨酸侧链上的羧基终端在此过程中起到重要作用。在大肠杆菌中，谷氨酸-461被认为是取代反应的亲核试剂，但现在已知谷氨酸-461实际上是一种酸性催化剂。相反，谷氨酸-537是实际的亲核试剂，它与半乳糖的中间体结合。

β-半乳糖苷酶催化的反应示意图

应用领域

β-半乳糖苷酶在遗传学、分子生物学和其他生命科学领域中被广泛应用。它常用于蓝/白筛检测，活性的酶可以通过X-gal检测，形成深蓝色产物5-溴-4-淀蓝，便于识别和定量。该酶的生产可以通过非水解性诱导剂异乳糖─IPTG结合和释放lac操纵子，从而使转录起始端继续进行。

由于β-半乳糖苷酶具有高表达性和在衰老细胞中的溶酶体积累特性，它也被用作衰老的标志物。尽管存在一些局限性，但通过定性和定量分析，可以用于评估老化程度。