什么是苷水解酶
編輯苷水解酶(也稱為糖苷酶或糖基水解酶)催化復雜糖類中苷鍵的水解。它們是極為常見的酶,在自然界的作用包括降解生物質,如纖維素(纖維素酶)、半纖維素和淀粉(淀粉酶),在抗菌防御策略(如溶菌酶)、致病機制(如病毒性神經氨酸酶)和正常細胞功能(如參與N-連接糖蛋白生物合成的修剪甘露糖酶)。與糖基轉移酶一起,糖苷酶構成合成和斷裂糖苷鍵的主要催化機制。
發生率和重要性
編輯糖苷水解酶基本上存在于所有的生命領域。在原核生物中,它們作為細胞內和細胞外的酶被發現,主要參與營養物質的獲取。細菌中糖類水解酶的一個重要出現是β-半乳糖苷酶(LacZ),它參與調節大腸桿菌中lac基因組的表達。在高等生物中,糖類水解酶存在于內質網和高爾基體中,它們參與N-連接糖蛋白的加工,并在溶酶體中作為酶參與碳水化合物結構的降解。特定溶酶體糖水解酶的缺乏可導致一系列溶酶體儲存障礙,導致發育問題或死亡。苷水解酶存在于腸道和唾液中,它們降解復雜的碳水化合物,如乳糖、淀粉、蔗糖和海藻糖。在腸道中,它們以糖基磷脂酰錨定酶的形式存在于內皮細胞上。乳糖酶是降解乳糖所必需的,在嬰兒中含量很高,但在大多數人群中,在斷奶后或嬰兒期會減少,可能導致成年后的乳糖不耐受。O-GlcNA酶參與去除細胞質和細胞核中絲氨酸和蘇氨酸殘基上的N-乙酰葡糖胺基。糖苷水解酶參與體內糖原的生物合成和降解。
苷水解酶的分類
編輯糖苷水解酶被歸入EC3.2.1,作為催化水解O-或S-糖苷的酶。苷水解酶也可以根據水解反應的立體化學結果進行分類:因此它們可以被歸類為保留酶或倒置酶。苷水解酶也可分為外向型或內向型,取決于它們是在寡糖/多糖鏈的(通常是非還原性)末端還是在中間發揮作用。糖苷水解酶也可以通過基于序列或結構的方法進行分類。
基于序列的分類法
編輯基于序列的分類法是對新測序的酶提出功能建議的最有力的預測方法之一,因為這些酶的功能還沒有經過生化證明。一個基于序列相似性的糖基水解酶的分類系統,已經導致了100多個不同家族的定義。這種分類可在CAZy(CArbohydrate-ActiveEnZymes)網站上找到。該數據庫提供了一系列定期更新的基于序列的分類,允許可靠地預測機制(保留/反轉)、活性部位殘基和可能的底物。該在線數據庫得到了CAZypedia的支持,CAZypedia是一部碳水化合物活性酶的在線百科全書。基于三維結構的相似性,基于序列的家族已經被劃分為相關結構的"族"。最近在糖苷酶序列分析和三維結構比較方面的進展使我們能夠提出一個糖苷水解酶的擴展層次分類。
苷水解酶的機制
編輯倒置型糖苷水解酶
倒置型酶利用兩個酶殘基,通常是羧酸鹽殘基,分別作為酸和堿,如下圖所示為一個β-葡萄糖苷酶。
保留型糖苷水解酶
編輯保留型糖苷酶通過兩步機制運作,每一步都導致反轉,以實現立體化學的凈保留。同樣,有兩個殘基參與其中,它們通常是酶生的羧酸鹽。一個作為親核物,另一個作為酸/堿。在xxx步中,親核體攻擊異構體中心,形成一個糖基酶中間體,由酸性的羧酸鹽提供酸性幫助。在第二步,現在去質子化的酸性羧酸鹽作為堿,協助親核水水解糖基酶的中間體,得到水解產物。下面是雞卵白溶菌酶的機理圖。另一種保留立體化學的水解機制可以發生,通過與底物結合的親核殘基進行,而不是被吸附在底物上。
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