糖基转移酶与糖苷酶

糖苷酶基因工程及应用糖苷酶即糖苷水解酶(Glycoside hydrolases, GH,EC3.2.1) ,是一类水解糖苷键(glycosidic bonds)的酶,在生物体糖和糖缀合物的水解与合成过程中扮演着重要角色。

糖苷酶在催化糖苷反应时,如果水分子的氧原子进攻受体葡萄糖上的异头碳,即发生水解反应,但如果是葡萄糖羟基上的氧原子进攻受体葡萄糖上的异头碳,即发生转糖基反应。

对其性质和功能的研究一直是生物学和糖生物学关注的热点。

目前已知的糖苷酶大约有2 500 多种,根据序列相似性分为100 多个家族,每一个家族的酶具有相同的空间结构和反应机制。

糖苷酶根据催化作用机制的不同分为两类: 构型翻转酶和构型保持酶,其中,构型保持酶在催化糖苷键水解的同时,还具有转糖基活性,即糖苷键合成活性,该性质使其成为糖类合成的重要工具。

近年来,随着对该类化合物的深入研究,许多糖基化合物需要经改性后才能满足人们的要求,而糖苷酶在这一任务中无疑将扮演重要角色,利用糖苷酶对糖基化合物的糖基定向改造工程成为一个研究热点。

目前有几种常见的糖苷酶：α-甘露糖苷酶、阿拉伯糖苷酶、β-木糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、β-呋喃果糖苷酶、壳三糖苷酶、耐高温β-甘露糖苷酶以及硫代糖苷酶等。

这些酶在生物体内和体外都具有重要的作用。

所以研究糖苷酶具有重要的意义。

1.糖苷酶基因工程糖苷酶可以通过微生物发酵法和提取法得到。

发酵法生产的糖苷酶的微生物主要有黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、节杆菌(Arthrobacter sp.)。

但是，自然界现有的糖苷酶普遍存在着含量少、产酶活力低、产物提取分离与纯化困难、稳定性差、底物特异不高、催化能力低等问题, 从而使得糖苷酶的生产成本高、产量低，远不能满足需求,需要对其进行改造使之更加符合人们的要求。

近年来,随着基因工程、酶工程等现代生物技术的迅猛发展,酶分子的改造取得了辉煌成就,这也成为糖苷酶改造的有力工具。

糖及糖组学考试复习题及答案解析1、糖⽣物学：通过运⽤分析化学、合成有机化学、⽣物化学与分⼦⽣物学、遗传学和细胞⽣物学等多学科⼿段研究糖及其衍⽣物的结构、合成代谢、⽣物学功能，以及与疾病的关系的⼀门交叉科学，包括糖化学、糖链合成、糖链在⽣物系统中功能及糖链操作技术等。

2、糖组学：是从分析和破解⼀个⽣物或⼀个细胞全部糖链所含信息这⼀⾓度⼊⼿，研究糖链的分⼦结构、表达调控、功能多样性以及疾病的关系的科学。

3、糖缀合物：⼜叫糖偶联复合物，糖与蛋⽩或脂类形成的共价结合物，如糖蛋⽩、糖脂、糖胺聚糖、蛋⽩聚糖及⼩分⼦糖苷。

4、糖基化反应：核苷糖供体和受体（如单糖、寡糖、蛋⽩质、脂和DNA）在特定的糖基转移酶的催化下⽣成糖基化受体同时释放出核苷酸的过程。

5、糖基转移酶：负责催化糖苷键的合成，是膜结合蛋⽩，有跨膜区，茎区和催化域组成。

糖基转移酶对受体结构有⾼度的特异性，并且酶的底物专⼀性相互重叠。

糖基转移酶的表达是基本⽔平组成型表达，还有发育阶段依赖及组织专⼀性，有105家族。

6、核苷糖转运⼦：在真核细胞中，能够将在细胞质中合成的核苷糖转运到亚细胞器（如内质⽹/⾼尔基体）的腔内，并从亚细胞器中送出核苷⼆磷酸转化⽣成的核苷⼀磷酸的蛋⽩载体，位于膜上。

7、N-糖链：糖链连接到蛋⽩质的天冬酰胺上，核⼼结构是Asn-GlcNAc2Man3，糖链较长，结构较复杂。

8、O-糖链：糖链连接到蛋⽩质的丝氨酸或苏氨酸上，糖链短，结构简单。

9、糖苷酶：是⼀类催化糖苷键⽔解的酶。

在酸性条件下，能催化由半缩醛羟基与醇羟基反应形成的糖苷键的断裂，有内切糖苷酶和外切糖苷酶。

根据结构差异分为135个家族（GH1-GH135）。

10、凝集素：⼀类⾮免疫来源的糖结合蛋⽩，没有酶活性，蛋⽩上有糖识别域，特异识别糖链末端特定的糖结构，能引起细胞凝集。

11、植物疫苗：病原体侵染植物，细胞表⾯半纤维素类多糖降解为寡糖，寡糖作为信号分⼦诱导植物基因表达，使植物表现出多种防卫功能，这些寡糖类物质具有类似疫苗的功能，植物疫苗有壳寡糖和⼏丁寡糖、葡寡糖、寡聚半乳糖醛酸。

a-糖苷酶作用机制1.引言1.1 概述糖苷酶是一种重要的酶类，在生物体内起着关键的催化作用。

它们能够催化糖苷化合物的水解反应，将糖基从底物中剥离出来，从而发挥多种生理功能。

这些功能包括细胞信号传导、能量供应以及分解食物中的多糖类化合物等。

糖苷酶广泛存在于各种生物体中，如细菌、真菌、植物和动物等。

它们在不同生物体中的结构和功能具有一定差异，但都遵循一定的作用机制。

糖苷酶主要通过两种基本机制来催化底物的水解反应。

首先是酰基转移机制，其中糖苷酶通过将一个酰基由底物转移到水分子上，从而形成糖和一个羟基的临时中间体。

然后，这个临时中间体会发生水解反应，生成糖和自由的底物。

另一个常见的机制是酸碱催化机制。

通过在催化过程中提供一个酸性或碱性的催化剂，糖苷酶能够降低底物的活化能，从而促进水解反应的进行。

糖苷酶作用机制的深入研究对于理解生物体内多种生物过程具有重要意义。

通过揭示糖苷酶催化的具体机制，我们可以更好地理解免疫系统的功能，研究药物的代谢途径，并开发出更有效的药物。

近年来，糖苷酶作用机制的研究取得了显著进展，为进一步揭示生物体内底物水解反应的详细机制提供了重要的依据。

总之，糖苷酶作为一类重要的酶类，通过催化糖苷化合物的水解反应，在生物体内发挥着重要的功能。

我们对糖苷酶作用机制的深入研究不仅有助于加深对生物体内多种生物过程的理解，还为新药物的探索与开发提供了重要的指导。

1.2文章结构文章结构：本文主要介绍和探讨了糖苷酶的作用机制。

文章按照以下结构进行叙述：引言部分将对糖苷酶的概念和定义进行介绍，同时概述本文的研究目的。

接下来的正文部分将重点介绍糖苷酶的基本作用机制。

首先，将详细阐述糖苷酶的定义和分类，使读者对糖苷酶有更全面的了解。

然后，将重点介绍糖苷酶的基本作用机制。

这包括糖苷酶与底物的结合、底物的降解过程以及触发和催化底物反应的关键步骤等。

通过对糖苷酶作用机制的详细阐述，读者将能够更好地理解糖苷酶的功能和作用。

糖基转移酶与糖基转移酶抑制剂摘要：糖基转移酶在生物体内催化活化的糖连接到不同的受体分子，如蛋白、核酸、寡糖、脂和小分子上，糖基化的产物具有很多生物学功能。

其是糖蛋白、糖脂中糖链生物合成的关键酶之一。

与此同时，对糖基化抑制剂的研究也是必要的。

两者在治疗一些因为糖基转移酶非正常表达引起的疾病有很大作用。

关键词：糖基转移酶；糖基化；糖基化抑制剂前言：糖基转移酶是广泛存在于内质网和高尔基体内的一大类酶，参与体内重要生物活性物质如糖蛋白和糖脂中糖链的合成，其作用是把相应的活性供体(通常是二磷酸核苷NDP-糖)的单糖部分转移至糖、蛋白质、脂类和核酸等，完成后者的糖基化加工，实现其生物学功能。

因此糖基转移酶的表达和活性的变化与许多疾病联系在一起，并可作为某些疾病的诊断标志，如α-1,3-半乳糖基转移酶活性在体内的再现会引发自身免疫反应，导致类风湿，并在器官异体移植中引起排斥反应；N-乙酰氨基葡萄糖基转移酶、岩藻糖基转移酶等在成熟细胞中活性的明显升高被视为肿瘤发生的重要标志，并且被认为是肿瘤迁移恶化的重要原因。

因此设计合成糖基转移酶抑制剂，对于寻找抗肿瘤、抗免疫系统等新药研究有重要意义。

1 糖基转移酶的存在糖蛋白是通过蛋白质的糖基化组装实现的，而糖基化过程则通过多种糖基转移酶完成——在肽链合成的同时或合成后，在糖基转移酶的催化下，糖链被连接到肽链的特定糖基化位点上。

糖基转移酶具有高度的底物专一性，即同时对糖基的供体和受体具有专一性。

对糖基转移酶进行研究，是糖基化研究的第1步。

目前已对多种糖基转移酶的结构以及编码它们的基因研究清楚,并认为糖链的合成没有特定的模板，而是通过糖基转移酶将糖基由其供体转移到受体上。

糖链可以认为是基因的次级产物,一个基因编码一个糖基转移酶,一个糖基转移酶专一地催化一个糖苷键的合成；这样一条糖链的合成就需要一个多酶系统,也就对应了一个基因组。

下文简要介绍几类重要的糖基转移酶。

1.1 N-乙酰氨基葡萄糖转移酶(N-acetylglucosa-minyl-transferase,Gnt)糖蛋白中糖链通过还原端的N-乙酰氨基葡萄糖以β-1,4糖苷键与蛋白质肽链上Asn-XXX-Ser/Thr序列(XXX为除脯氨酸以外的氨基酸)中Asn残基上的氨基(-NH2)相连，被称为N-糖链。

糖生物学基础举出5个糖复合物例子，说明其合成途径及重要生物功能。

现以N-连接糖蛋白中免疫球蛋白G、卵清蛋白；0-连接糖蛋白中黏蛋白、运铁蛋白；蛋白聚糖中肝素共5种糖复合物为例。

一．N-连接糖蛋白定义：糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序列的Asn氮以共价键连接称N-连接糖蛋白。

连接点的结构：GlcNAcβ-N-Asn糖基化位点：N-连接聚糖中Asn-X-Ser／Thr三个氨基酸残基序列子(其中X 是除脯氨酸外的任一氨基酸)称为糖基化位点。

结构：（三型）结构特点：A.每种类型都具有一个五糖核心B.它们具有不同的分支，这些寡糖链分支常常被称为天线C.血液循环中和膜上的糖蛋白常常是N-糖苷连接N-连接寡糖的合成：N-连接寡糖是在内质网上以长萜醇(dolichol)作为糖链载体，先合成含14糖基的寡糖链，然后转移至肽链的糖基化位点上，进一步在内质网和高尔基体进行加工而成。

每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完成，糖基必须活化为UDP或UDP的衍生物。

免疫球蛋白G属N-连接糖蛋白。

生物功能如下：I g分子具有结合抗原和刺激抗体生成的双重功能。

首先，它能与抗原结合，产生多种生物效应，包括:①与病原微生物或它分泌的毒素结合，产生抗感染免疫;②活化体液的一类正常组分，即补体分子，起到杀伤病原体或靶细胞的作用;③加强吞噬细胞等免疫细胞的吞噬或杀伤效应;④与组织中的肥大细胞或嗜碱性粒细胞结合，产生过敏反应;⑤封闭移植的脏器，增强对它的保护，减缓排斥;⑥封闭肿瘤细胞，降低免疫保护。

免疫球蛋白还能穿过胎盘输送给胎儿。

此外，由于Ig分子由糖蛋白组成，所以除了上述抗体活性，还有抗原性，可活化自身免疫细胞，使之产生针对抗体的抗体──抗独特型抗体(Id抗体)，从而形成自身调节的功能。

各类免疫球蛋白的特性五类Ig在理化及生物学特性上各有不同。

IgG。

IgG是生物体液内主要的Ig，约占血液中Ig总量的70~75%。

由于IgG能通过胎盘，所以新生儿从母体获得的IgG 在抵抗感染方面起重要作用。

糖代谢知识要点(一)糖酵解途径:糖酵解途径中,葡萄糖在一系列酶得催化下,经10 步反应降解为2 分子丙酮酸,同时产生2 分子NADH+H+与2 分子ATP。

主要步骤为:(1)葡萄糖磷酸化形成二磷酸果糖;(2)二磷酸果糖分解成为磷酸甘油醛与磷酸二羟丙酮,二者可以互变;(3)磷酸甘油醛脱去2H 及磷酸变成丙酮酸,脱去得2H 被NAD+所接受,形成NADH+H+。

(二)丙酮酸得去路:(1)有氧条件下,丙酮酸进入线粒体氧化脱羧转变为乙酰辅酶A,同时产生1 分子NADH+H+。

乙酰辅酶A 进入三羧酸循环,最后氧化为CO2 与H2O。

(2)在厌氧条件下,可生成乳酸与乙醇。

同时NAD+得到再生,使酵解过程持续进行。

(三)三羧酸循环:在线粒体基质中,丙酮酸氧化脱羧生成得乙酰辅酶A,再与草酰乙酸缩合成柠檬酸,进入三羧酸循环。

柠檬酸经脱水加水转变成异柠檬酸,异柠檬酸经连续两次脱羧与脱羧生成琥珀酰CoA;琥珀酰CoA 发生底物水平磷酸化产生1 分子GTP 与琥珀酸;琥珀酸再脱氢,加水及再脱氢作用依次变成延胡索酸,苹果酸及循环开始得草酰乙酸。

三羧酸循环每循环一次放出2 分子CO2,产生3 分子NADH+H+,与一分子FADH2。

(四)磷酸戊糖途径:在胞质中,在磷酸戊糖途径中磷酸葡萄糖经氧化阶段与非氧化阶段被氧化分解为CO2,同时产生NADPH + H+。

其主要过程就是G6P 脱氧生成6磷酸葡萄糖酸,再脱氢,脱羧生成核酮糖5磷酸。

6 分子核酮糖5磷酸经转酮反应与转醛反应生成5 分子6磷酸葡萄糖。

中间产物甘油醛3磷酸,果糖6磷酸与糖酵解相衔接;核糖5磷酸就是合成核酸得原料,4磷酸赤藓糖参与芳香族氨基酸得合成;NADPH+H+提供各种合成代谢所需要得还原力。

(五)糖异生作用:非糖物质如丙酮酸,草酰乙酸与乳酸等在一系列酶得作用下合成糖得过程,称为糖异生作用。

糖异生作用不就是糖酵解得逆反应,因为要克服糖酵解得三个不可逆反应,且反应过程就是在线粒体与细胞液中进行得。