Levanaasid ehk levaanhüdrolaasid, fruktaanhüdrolaasid või fruktanaasid (süstemaatilise nimega (2→6)-β-D-fruktaani fruktaanohüdrolaasid) on eksoensüümid, mis katalüüsivad 2,6-β-D-fruktofuranosüülsidemete hüdrolüüsi 2,6-β-D-fruktaanides (levaanides). Levanaas lagundab polümeere, mis koosnevad vähemalt kolmest fruktoosimonomeerist.
Levanaasid jagunevad endo- ja eksolevanaasideks, sõltuvalt sellest, kus need toimivad. Endolevanaasid lagundavad polüsahhariidiahelat keskpaigast ja selle toimel vabanevad lühemad oligosahhariidid. Eksolevanaasid lagundavad polümeere ahela otsast, hüdrolüüsides viimase ja eelviimase monomeeri vahelist sidet. Selle tulemusel vabanevad fruktoosi monomeerid.
Organismides levinuimad levanaase kodeerivad geenid on sacA, sacC ja levB.
Selle perekonna ensüümid koosnevad kahest struktuursest alaühikust: katalüütilisest domeenist ja sahhariidi siduvast domeenist (CBM). Kahe domeeni vahel on vahelüli.
Katalüütiline domeen asub valgu N-terminaalses otsas ning on 5-labalise β-propelleri ehitusega. Katalüütiliselt aktiivne piirkond asub propelleri labadevahelises õõnsuses. Selles on katalüüsis osalevad 3 aminohappe jääki: kaks aspartaati ja üks glutamaat. Sarnase katalüütilise domeeni ehitusega on ka glükosiidi hüdrolaaside 68. perekonna ensüümid, mille hulka kuuluvad näiteks ka levaansukraasid (sahharoosist levaani tootvad ensüümid).
Sahhariidi siduv domeen asub levanaasi C-otsas ja moodustab "β-võileiva" struktuuri (kaks β-lehte, mis koosnevad kuuest antiparalleelsest β-ahelast). See piirkond stabiliseerib ensüümi, aitab substraadile kinnituda ning suurendab ensüümi afiinsust substraadi suhtes ja katalüüsi efektiivsust.
Funktsioon
Levanaaside funktsioon bakterites on lagundada levaani rakku transporditavateks oligosahhariidideks. Kuna levanaasid on rakuvälised ensüümid, satuvad hüdrolüüsi saadused keskkonda, kus neid saavad kasutada ka teised mikroorganismid.
Levanaasi ülesanded peedis pole selged, kuid oletatakse, et see võib aidata lagundada patogeensete bakterite levaani sisaldavat limast biokilet.
Reaktsioon ja saadused
Substraat
Levanaaside peamine lagundatav substraat on 2,6-β-D-fruktofuranosüülsidemetega seotud fruktoosijääkidest koosnev polümeerne sahhariid ehk levaan, kuid mitmed levaaniahelat otsast lagundavad levanaasid suudavad samamoodi hüdrolüüsida ka inuliini. Levanaaside substraadi lagundamise võime oleneb ka polüsahhariidi struktuurist ja molekulmassist. Lineaarseid ja vähem hargnenud levaani polümeere lagundatakse kiiremini ja edukamalt kui hargnenud polümeere. Väiksema molekulmassiga levaane hüdrolüüsitakse kiiremini kui suuremaid.
Reaktsioon
Levanaas hüdrolüüsib vee juuresolekul levaani polümeeri 2,6-β-D-fruktofuranosüülsidemed.
Saadused
Hüdrolüüsides levaanis olevaid sidemeid, toodab levanaas lühemaid levaanitüüpi fruktooligosahhariide ehk FOS-e polümerisatsiooniastmetega 2–12 monomeeri. Milliseid fruktooligosahhariide kõige rohkem tekib, sõltub ensüümist, kuid sageli on ülekaalus levaanbioos (koosneb kahest fruktoosi monomeerist) või levaantrioos (koosneb kolmest fruktoosi monomeerist). Lisaks fruktooligosahhariididele tekib ka fruktoosi monomeere.
Metaboolselt on levanaas ja selle reaktsioonid osa tärklise ja sahharoosi metabolismi rajast.
Optimaalsed tingimused
Ensüümi tööks optimaalne pH on 4–7, kuid võib ulatuda üksikutel levanaasidel kuni pH-ni 10. Temperatuurioptimum jääb vahemikku 30–50°C. Ensüümi aktiivsust inhibeerivadmetalliioonid (nt Hg2+ ja Ag+) ja EDTA. Levanaasi tootmist bakterirakus vähendab sahharoosi esinemine keskkonnas. Sahharoosi allasuruv toime ensüümile on tingitud selle eelistamisest levaanile süsiniku allikana. Ka väga kõrge fruktoosi tase inhibeerib levanaasi ekspressiooni rakus.
Toiduainetööstuses kasutatakse levanaase fruktoosisiirupite ja kalorivabade magusainete tootmiseks. Tulevikus loodetakse levanaase rakendada uute prebiootikumide tootmiseks. Levaan ise erilist prebiootilist toimet ei evi, kuid on prekursoriks paljudele prebiootilistele fruktooligosahhariididele. Levaani tarbimine soodustab levanaasi tootvate bakterite elutegevust inimese soolestikus. Need bakterid toodavad fruktooligosahhariide, mis on omakorda toitaineks teistele probiootilistele bakteritele. Näiteks inimese soolestikus ühed levinumad bakterid laktobatsillid ei tooda levanaasi ega suuda levaani lagundada, kuid selle hüdrolüüsi saadusi tarvitavad meeleldi.
Põllumajanduses kasutatakse levanaase biotsiidide toimeefektiivsuse parandamiseks. Need aitavad lagundada seenerakkude kaitsvat limakihti, mis võimaldab kemikaalidel rakku tungida.
↑Porras-Dominguez JR; etal. (mai 2014). "Levan-type FOS production using a Bacillus llicheniformis endolevanase.". Process Biochemistry (Inglise keeles). Lk783-790. {{raamatuviide}}: et al.-i üleliigne kasutus kohas: |autor= (juhend)CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
![{\displaystyle {\mathrm {levaan} ~(\mathrm {n} {\vphantom {A}}^{+}\mathrm {m} ){}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\xrightarrow {\text{levanaas}} } {}\mathrm {levaan} {\mskip {2mu}}(\mathrm {n} ){}+{}\mathrm {levaan} {\mskip {2mu}}(\mathrm {m} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eb7ae34e3e106e3300653054cb7b2948ee1d23e3)