唾液酸苷酶的作用机制

2021年07月07日 阅读量:4

唾液酸苷酶(EC.3.2.1.18)是一类重要的糖苷水解酶,在动物和微生物中广泛存在.该类酶催化寡糖或糖缀合物上非还原末端唾液酸水解,具有重要的生物学功能,如参与溶酶体降解代谢物、癌症发生、微生物致病等多种生理和病理过程.除了水解活性外,有的唾液酸苷酶还具有转糖基活性,能够以唾液酸单糖或糖苷为糖基供体,催化唾液酸转移到受体分子上,一环保热熔胶步合成寡糖和糖苷化合物.这种合成活性对于唾液酸相关糖链的大量获得具有重要意义,有利于推动该类寡糖的基础研究及其在食品和医药中的应用.本文综述了唾液酸苷酶的结构和催化机理、生理功能、转糖基作用及其在寡糖合成中的应用。

唾液酸苷酶(exo-α-sialidase,EC.3.2.1.18)催化寡糖、糖蛋白、糖脂等分子非还原末端唾液酸水解,参与许多重要的生理和病理过程,包括溶酶体降解代谢物、细胞分化、癌症发生,以及微生物营养获取、病原微生物致病等过程。 该类酶广泛存在于病毒、细菌、真菌、原生动物、鸟类和哺乳动物中。 有的唾液酸苷酶在体外还具有转糖基活性,能一步催化糖链合成反应,步骤简单且底物相对便宜,对于大量合成唾液酸相关寡糖进行生物学功能研究具有重要意义。

作用机制

唾液酸苷酶催化的反应一般遵循双置换反应机制,反应过程中形成共铜抗氧化剂价的唾液酸-酶中间物,产生异头中心构型不变的反应产物,为构型保持酶. 活性中心的关键氨基酸包含一个酪氨酸残基、谷氨酸残基和天冬氨酸残基,其中酪氨酸作为催化亲核体,临近谷氨酸提供碱催化辅助亲核体攻击唾液酸C2位,天冬氨酸作为广义酸碱催化。 活性中心中还有其他一些氨基酸在底物结合中起到重要作用,如精氨酸三联体与唾液酸羧基通过氢键相互作用对其进行固定。

反应进行时,亲核体酪氨酸首先被邻近谷氨酸激活,羟基氧原子进攻底物唾液酸的C2位,形成类似SN2反应的糖基化过渡态(glycosylation transition state),酶活性中心的谷氨酸和天冬氨酸残基通过氢键作用有效稳定该过渡态. 随后,唾液酸底物中糖苷键断裂并生成唾液酸化酶中间体,接着天冬氨酸作为酸碱催化氨基酸,水分子做为亲核试剂进攻该中间体,再次经历一个类似SN2反应的过程形成去糖基化过渡态. 最后,唾液酸化酶中间体糖苷键断裂并释放唾液酸进行水解作用(图4a),当另一糖苷或分子内羟基作为亲核受体时,则进行转糖基和分子内转糖基作用,合成相应产物。能发生转糖基作用的唾液酸苷酶具有狭窄的疏水性催化槽,有利于排出活性中心水分子,从而减少水解作用。

唾液酸苷酶广泛存在于微生物和动物中,发挥着重要生理功能,其中病毒和细菌的唾液酸苷酶研究较为广泛. 截至目前,近100种生物体中的唾液酸苷酶生化性质已得到较好描述,10多种酶晶体结构已得到解析。

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