β-葡萄糖苷酶的研究进展

β-葡萄糖苷酶的研究进展

综述食品研究与开发2oo5.VoL26.No.6

一

葡萄糖苷酶的研究进展

许晶张永忠孙艳梅

东北农业大学应用化学系哈尔滨150030

摘要:本文简述了B一葡萄糖苷酶的理化性质,催化反应机制,酶活性测定方法及

其在食品工业中应用.

关键词:B一葡萄糖苷酶;性质;反应机制;应用 l83一==I

SOMERESEARCHADVANCEOFB—GLUCOSIDASE

XUJingZHANGYongzhongSUNYanmei

DepartmentofAppliedChemistry,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin,150030

Abstract:Thearticlebrieflydiscussedthephysicalandchemicalproperties,thecatalyticmec

hanism,

methodsofenzymeactivitydeterminationof13-glucosidaseanditsapplicationinfoodindust

ry.

Keywords:13-glucosidase;characteristic;reactionmechanism;application

B一葡萄糖苷酶(.beta.一Glucosidase)系统名称为

B—D一葡萄糖苷葡萄糖水解酶(.beta.一D—glucoside

glucohydrolase;EC3.2.1.21).1837年,被Liebig和

Wohler首次在苦杏仁中发现,后被发现存在于自然

界许多植物中,还存在于一些酵母,曲霉菌,木酶菌

及细菌体内[1].它起初引起人们的注意是因为它参

与了纤维素材料的生物转化.B一葡萄糖苷酶是纤维

素酶系中的一个组分,它主要作用于B一(1,4)糖苷

国家"十五"重大科技专项"农产品深加工技术与设备研究开发"项

目编号:2001BA501A02B

作者简介:许晶,女,1979年9月出生,理学学士;助教,在读硕士,

研究方向:食品化学专业.

键,还能作用于B一(1,1),(1,2),(1,3),(1,6)糖苷

键.对于低聚葡萄糖聚合度越小,它的水解能力越

强[.多年来,许多学者分别从苦杏仁,葡萄,刀豆,

玉米,黑樱桃,水稻,大豆中分离纯化了B一葡萄糖苷

酶[.现将B一葡萄糖苷酶的理化性质,催化反应机

制,酶活性测定方法及其在食品工业中应用简述如

下. 113一葡萄糖苷酶的理化性质

1.1相对分子量

B一葡萄糖苷酶的相对分子质量一般在40000-

250000之间[4].不同来源的B一葡萄糖苷酶的相对分

子量由于其结构和组成不同而差异很大.例如,

的营养保健食品,因而博得了产地群众的青睐.胡

颓子果实,根,叶药用,收敛止泻,镇咳解毒.常见临

床配方:①治疗风湿性关节炎疼痛,胡颓子根100g,

黄酒6OraL,猪脚250g,加水煮1时许,取汤一碗,连

同猪脚一同服食.②治疗吐血,便血,咯血,月经过多,

胡颓子根30-6Og,煎服.③治疗支气管哮喘,慢陛支

气管炎,胡颓子叶15g,枇杷叶15g,水煎服.④治疗咳

嗽,鲜胡颓子叶30g,水煎,加白糖少许服用.⑤治疗

痢疾下血,用胡颓子15g,乌梅20g,水煎服.⑥治疗月

经不调,血崩,用胡颓子15g,山萸肉20g,水煎服.除

此之外,胡颓子的鲜花含芳香油,可作调香原料.茎皮

纤维是造纸和制纤维板的原料.植株可作园林绿化

树,配植于花丛或林缘,颇有特色.胡颓子树对多种有

害气体抗性强,特别适于工厂污染区的绿化.

胡颓子的野生资源非常丰富,耐干旱瘠薄,适

应性很强,对土壤要求不严,常生于山坡疏林下或

林缘灌丛的阴湿环境,也发现于向阳山坡或路旁.

繁殖非常容易,结果早,加之营养价值高,特别是氨

基酸,维生素C和矿质元素含量丰富,开发利用的

前景非常广阔[1].

参考文献: [1]刘孟军.中国野生果树[M].北京:中国农业出版社,1998

[2]张福平等.粤东地区野果植物资源[J].中国野生植物资

源.2003,22(3):13-16 [3]中国科学院研究所.中国高等植物图鉴(1-5册及补编1—

2册)[M].北京:科学出版社,1985

收稿日期:2005一O1—25

一== 2DD5.Vo1.26.J,fO.6食品研究与ic}发

ServeW.M.Kengen等人研究的古细菌Pyrococcus

furiosus分泌的B一葡萄糖苷酶的分子是由四个亚基

构成的四聚体,其分子量在230000左右;而中国科

学院微生物研究所的曾宇成等所测出的海枣曲霉

的B一葡萄糖苷酶由两个亚基构成,分子量为 200000左右;由Day&Withers等人从Agrobacterium

中分离出的野生性B一葡萄糖苷酶是一种二聚体,

由两个分子量质量为50000的B一葡萄糖苷酶的亚

基构成.有的菌株本身含有胞内和胞外B一葡萄糖

苷酶,因此,有时来源于同一菌株的B一葡萄糖苷

酶,是二种不同分子量酶的混合物. 1.2等电点(pI),最适pH及pH稳定性

大部分B一葡萄糖苷酶的pI都在酸性范围,并

且变化不大,一般在3.5-5.5之间,但最适pH可以

超过7.0,而且酸碱耐受性强[.如:Paavilainen等人

从Alkalophilus中就分离出细胞外B一葡萄糖苷酶,

其最适pH就在6-9之间,而在pH4.0—10.2以外还

具有一定的催化活性;中国台北学者李约昆(音译)

等人从Flavobacteriummeningosepticum中分离出的 B一葡萄糖苷酶其pI在9.0左右,最适pH是5.0E.

1.3最适温度及热稳定性

B一葡萄糖苷酶的最适温度在40一ll0℃之间都

有分布.一般来说,来自古细菌的B一葡萄糖苷酶其

热稳定性和最适温度要高于普通微生物来源的B一

葡萄糖苷酶.如古细菌Pyrococcusfuriosus的B一葡

萄糖苷酶其最适温度102—105oC,100℃时的半衰

期为85h;而李约昆等人分离出的B一葡萄糖苷酶最

适温度在50—55℃之间,在60℃下于磷酸盐缓冲

液中,其活力在15min后只余1%.对于工业应用来

说,酶的热稳定性越高越有利,因此,从嗜热细菌中

分离出B一葡萄糖苷酶逐渐引了人们的兴趣.至于

来自嗜热性微生物的B一葡萄糖苷酶为何具有如此

强的耐热稳定性还未获得共识.据MichaelW.Bauer

等人对来自嗜热性和非嗜热性B一葡萄糖苷酶的分

析认为,两者在相互演化过程中发生的酶修饰作用

并不改变酶的活性中心,也不改变其专一性,只是

将酶蛋白结构作部分调整以适应高温环境[63. 2B一葡萄糖苷酶的催化反应机制

2.1反应机制[]

M.W.Bauer等人对分别来自嗜热菌Pyrococcus

furiosus和非嗜热菌Agrobacterium的B一葡萄糖苷

酶进行研究发现,两种来源的菌催化反应时按同一

种机制进行,即在催化糖苷键的裂解反应时都遵循

双取代反应机制.其反应方程式如下: EsEP

第一步是酶与底物键合形成米氏复合物ES(反

应速率K.和K一.);第二步是酶一底物中间体(E—S)的

形成(反应速率K2);酶的亲核基团按酸催化机制进

攻异头碳,形成共价的糖基酶中间体(E—S).在这一

过程中,B一葡萄糖苷酶的活性中心可根据不同类型

的底物而相应发生一定程度的结构变化,从而使B一

葡萄糖苷酶可以和多种糖类底物结合,这一步决定

了B一葡萄糖苷酶具有的底物专一性;第三步是中间

体的水解:由水按碱催化机制对异头碳进攻,形成 B一葡萄糖基产物并使酶回复其初始的质子化态.其

中,糖苷基酶中间体的形成和水解过程经历了共价

结构的氧碳鲼正离子过渡态.另外,B一葡萄糖苷酶

在整个反应过程中其构型严格保持不变. 2.2活性中心结构[]

在多数B一葡萄糖苷酶中起催化作用的残基是

二个谷氨基酸残基,其中,靠近N一端的谷氨酸起

酸/碱作用,另一氨基酸起亲核试剂的作用.但 Grabnitz等人研究发现来自Clostridiumthermoce1.

1um的B一葡萄糖苷酶的活性部分在N一端的130个

氨基酸区域,该区的个性特征是氨基酸序列中心基

团His—Asn—Glu—Pro,存在于该区域的具有催化作

用的残基是相隔35—55个氨基酸的His和Glu,其

中质子化态的完全保持残基Hisl21作为质子供体

与Glu166协同稳定氧碳鲼正离子.而高度保持的 c一端附近的残基也许参与了酶与糖苷基底物的键

合,其中在该区的一些微小差异与不同B一葡萄糖苷

酶的底物特异性有关. 2.3底物特异性[8]

几乎所有的B一葡萄糖苷酶对底物的糖基部分

结构的专一性较差,能袭解C一0糖苷键,c—S键,c— N键,C—F键等;有些对糖基部分的C和C:构形也

不专一,能同时水解B一葡萄糖苷键和B一半乳糖苷

糖,有些甚至c位的专一性也不高,能水解木糖.但

在所有底物中,B一葡萄糖苷酶对纤维二糖的活性最

强. 2.4反应抑制剂[9]

Kempton等人研究发现Agrobacterium13一葡萄

糖苷酶的一系列有机物抑制剂都与底物和过渡态

结构相似,并且所有的抑制剂直接与底物竞争.有

相似的过渡态结构即意味着带有相同的正电荷和

综述食品研究与拜发2oo5.VoL26.NO.6

相似的半椅状结构,这些抑制剂能与酶键合得更为

紧密.比如,最好的抑制剂是反应过程中有相似过

渡态结构的gluconolactone和gluconopheylurethane

而不同位置正电荷(如1-dexynojirimycin)的抑制剂

与酶的亲和力就相对较弱,非半椅状结构(如椅式构

形的is0pr0pyl—p—D—thi0uc0pyran0side和船式构形

的l,6一anhydro—p-glucopyranose)的抑制剂与酶的亲

和力更弱.这些抑制剂都直接与底物有竞争作用.

在无机抑制剂Ag对B一葡萄糖苷酶有强的抑

制作用,Hg及4mol/L脲也有较强的抑制作用,而 Cu",Pb",SDS及EDTA等常见抑制剂对该酶活力

无明显影响.

3B一葡萄糖苷酶活性的测定方法加]