Гликозидгидролаза

редактировать
Панкреатическая альфа-амилаза 1HNY, гликозидгидролаза

Гликозидгидролаза (также называемые гликозидазами или гликозилгидролазами ) катализируют гидролиз гликозидных связей в сложных сахарах. Это чрезвычайно распространенные ферменты, играющие роль в природе, включая разложение биомассы, например целлюлозы (целлюлазы ), гемицеллюлозы и крахмал (амилаза ), в стратегиях антибактериальной защиты (например, лизоцим ), в механизмах патогенеза (например, вирусные нейраминидазы ) и в нормальной клеточной функции (например, сокращение маннозидаз, участвующих в N-связанном гликопротеине биосинтезе ). Вместе с гликозилтрансферазами гликозидазы образуют основной каталитический аппарат для синтеза и разрыва гликозидных связей.

Гликозидгидролаза mech.svg

Содержание

  • 1 Возникновение и важность
  • 2 Классификация
    • 2.1 Классификация на основе последовательностей
  • 3 Механизмы
    • 3.1 Инверсия гликозидгидролаз
    • 3.2 Удержание гликозидгидролаз
  • 4 Номенклатура и примеры
  • 5 Использование
  • 6 Ингибиторы
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Возникновение и важность

Гликозидгидролазы обнаруживаются практически во всех сферах жизни. У прокариот они обнаруживаются как внутриклеточные, так и внеклеточные ферменты, которые в значительной степени участвуют в усвоении питательных веществ. Одним из важных проявлений гликозидгидролаз у бактерий является фермент бета-галактозидаза (LacZ), который участвует в регуляции экспрессии lac оперона в E. coli. У высших организмов гликозидгидролазы обнаруживаются в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи, где они участвуют в процессинге N-связанных гликопротеинов, а также в лизосомы в качестве ферментов, участвующих в деградации углеводных структур. Дефицит конкретных лизосомальных гликозидгидролаз может привести к ряду лизосомных нарушений накопления, которые приводят к проблемам развития или смерти. Гликозидгидролазы обнаруживаются в кишечном тракте и в слюне, где они разрушают сложные углеводы, такие как лактоза, крахмал, сахароза. и трегалоза. В кишечнике они обнаруживаются в виде заякоренных ферментов гликозилфосфатидила на эндотелиальных клетках. Фермент лактаза необходим для расщепления молочного сахара лактозы и присутствует в больших количествах у младенцев, но в большинстве популяций будет снижаться после отлучения от груди или в младенчестве, что потенциально может привести к непереносимости лактозы в зрелом возрасте. Фермент O-GlcNAcase участвует в удалении N-ацетилглюкозаминовых групп из остатков серина и треонина в цитоплазме и ядре клетки. Гликозидгидролазы участвуют в биосинтезе и деградации гликогена в организме.

Классификация

Гликозидгидролазы классифицируются в EC 3.2.1 как ферменты, катализирующие гидролиз O- или S-гликозидов. Гликозидгидролазы также можно классифицировать в соответствии с стереохимическим результатом реакции гидролиза: таким образом, они могут быть классифицированы как удерживающие или инвертирующие ферменты. Гликозидгидролазы также можно классифицировать как экзо- или эндо-действующие, в зависимости от того, действуют ли они на (обычно невосстанавливающем) конце или в середине олиго / полисахаридной цепи соответственно. Гликозидгидролазы также можно классифицировать методами, основанными на последовательности или структуре.

Классификация на основе последовательностей

Классификации на основе последовательностей являются одними из самых эффективных методов прогнозирования для предположения функции для вновь секвенированных ферментов, для которых функция не было биохимически продемонстрировано. Система классификации гликозилгидролаз, основанная на сходстве последовательностей, привела к определению более 100 различных семейств. Эта классификация доступна на веб-сайте CAZy (CArbohydrate-Active EnZymes). База данных предоставляет серию регулярно обновляемых классификаций на основе последовательностей, которые позволяют надежно предсказывать механизм (сохранение / инвертирование), остатки активного сайта и возможные субстраты. Онлайн-база данных поддерживается CAZypedia, онлайн-энциклопедией углеводно-активных ферментов. Основываясь на трехмерном структурном сходстве, основанные на последовательностях семьи были разделены на «кланы» родственной структуры. Недавний прогресс в анализе последовательности гликозидаз и сравнении трехмерных структур позволил предложить расширенную иерархическую классификацию гликозидгидролаз.

Механизмы

Инвертирующие гликозидгидролазы

Инвертирующие ферменты используют два ферментные остатки, обычно карбоксилатные остатки, которые действуют как кислота и основание соответственно, как показано ниже для β-глюкозидазы :

Гидролиз гликозидов с обращением mech.svg

, удерживающей гликозидгидролазы

Удерживающие гликозидазы работают по двухступенчатому механизму, каждый этап которого приводит к инверсии, для чистого сохранения стереохимии. Опять же, задействованы два остатка, которые обычно представляют собой ферментные карбоксилаты. Один действует как нуклеофил, а другой - как кислота / основание. На первом этапе нуклеофил атакует аномерный центр, что приводит к образованию промежуточного гликозильного фермента с кислотной помощью, обеспечиваемой кислым карбоксилатом. На второй стадии теперь депротонированный кислый карбоксилат действует как основание и помогает нуклеофильной воде гидролизовать промежуточный гликозильный фермент, давая гидролизованный продукт. Механизм проиллюстрирован ниже для белка лизоцима.

Гидролиз гликозидов с сохранением mech.svg

куриного яичного белка. Возможен альтернативный механизм гидролиза с сохранением стереохимии, который протекает через нуклеофильный остаток, который связан с субстратом, а не прикрепляется к ферменту. Такие механизмы являются общими для некоторых N-ацетилгексозаминидаз, которые имеют ацетамидную группу, способную участвовать в соседней группе с образованием промежуточного оксазолина или оксазолиниевого иона. Этот механизм работает в два этапа: отдельные инверсии приводят к чистому сохранению конфигурации.

Содействие гидролизу гликозидов mech.svg

Вариант механизма участия соседней группы был описан для эндо-α-маннаназ, который включает участие 2-гидроксильной группы с образованием промежуточного эпоксида. Гидролиз эпоксида приводит к чистому сохранению конфигурации.

Соседний эпоксид гликозидазы 1.png

Номенклатура и примеры

Гликозидгидролазы обычно называют в честь субстрата, на который они действуют. Таким образом, глюкозидазы катализируют гидролиз глюкозидов, а ксиланазы катализируют расщепление гомополимера ксилана на основе ксилозы. Другие примеры включают лактазу, амилазу, хитиназу, сукразу, мальтазу, нейраминидазу., инвертаза, гиалуронидаза и лизоцим.

Использование

Гликозидгидролазы, по прогнозам, будут играть все более важную роль в качестве катализаторов в приложениях биологической очистки в будущей биоэкономике. Эти ферменты имеют множество применений, включая разложение растительных материалов (например, целлюлазы для разложения целлюлозы до глюкозы, которые можно использовать для производства этанола ), в пищевой промышленности (инвертаза для производства инвертного сахара, амилазы для производства мальтодекстринов), а также в целлюлозно-бумажной промышленности (ксиланазы для удаления гемицеллюлоз из бумажной массы). Целлюлазы добавляются в моющие средства для стирки хлопчатобумажных тканей и помогают поддерживать цвет, удаляя микроволокна, которые поднимаются с поверхности нитей во время носки.

В органической химии гликозидгидролазы можно использовать в качестве синтетических катализаторов для образования гликозидных связей посредством обратного гидролиза (кинетический подход), когда положение равновесия меняется на противоположное; или трансгликозилированием (кинетический подход), при котором сохранение гликозидгидролаз может катализировать перенос гликозильной части от активированного гликозида к акцепторному спирту с получением нового гликозида.

Были разработаны мутантные гликозидгидролазы, названные гликозинтазами, которые могут обеспечивать синтез гликозидов с высоким выходом из активированных гликозильных доноров, таких как гликозилфториды. Гликозинтазы обычно образуются из удержания гликозидгидролаз путем сайт-направленного мутагенеза ферментного нуклеофила в какую-либо другую менее нуклеофильную группу, такую ​​как аланин или глицин. Другая группа мутантных гликозидгидролаз, называемых тиогликолигазами, может быть образована сайт-направленным мутагенезом кислотно-основного остатка удерживающей гликозидгидролазы. Тиогликолигазы катализируют конденсацию активированных гликозидов и различных тиолсодержащих акцепторов.

Различные гликозидгидролазы продемонстрировали эффективность в разрушении полисахаридов матрикса внутри внеклеточного полимерного вещества (EPS) микробных биопленок. С медицинской точки зрения, биопленки предоставляют инфекционным микроорганизмам ряд преимуществ по сравнению с их планктонными, свободно плавающими аналогами, включая значительно повышенную толерантность к антимикробным агентам и иммунной системе хозяина. Таким образом, разрушение биопленки может повысить эффективность антибиотика и усилить иммунную функцию хозяина и способность к заживлению. Например, было показано, что комбинация альфа-амилазы и целлюлазы разрушает полимикробные бактериальные биопленки из источников in vitro и in vivo. и повышают эффективность антибиотика против них.

Ингибиторы

Известно множество соединений, которые могут ингибировать действие гликозидгидролазы. Азотсодержащие гетероциклы «сахарной формы» были обнаружены в природе, включая дезоксиноджиримицин, сваинсонин и кастаноспермин. На основе этих природных матриц было разработано множество других ингибиторов, включая изофагомин и дезоксигалактоноджиримицин, а также различные ненасыщенные соединения, такие как PUGNAc. К ингибиторам, которые используются в клинической практике, относятся антидиабетические препараты акарбоза и миглитол, а также противовирусные препараты осельтамивир <100.>и занамивир. Было обнаружено, что некоторые белки действуют как ингибиторы гликозидгидролазы.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с гликозидгидролазой или деацетилазой.
Последняя правка сделана 2021-05-21 11:25:55
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте