α-Глюкозидаза ( EC 3.2.1.20, (систематическое название α- D -глюкозидглюкогидролаза ) — это глюкозидаза, расположенная в щеточной каемке тонкого кишечника, которая действует на связи α(1→4): [1] [2] [3] [4] [5] [6]
Гидролиз терминальных, невосстанавливающих (1→4)-связанных остатков α- D -глюкозы с высвобождением D -глюкозы
Запись Gene Ontology GO:0090599 представляет собой широкий смысл «альфа-глюкозидазы». Она определяется как «катализ гидролиза терминального, невосстанавливающего альфа-связанного остатка альфа-D-глюкозы с высвобождением альфа-D-глюкозы». В этом смысле «альфа-глюкозидаза» может охватывать широкий спектр ферментативной активности, различающейся по связи их терминала (1→3, 1→4 или 1→6), специфической идентичности их субстрата (сахарозы, мальтозы или крахмала) и другим аспектам. [7]
EC 3.2.1.20, узкий смысл
Определение, связанное с номером Комиссии по ферментам 3.2.1.20, более узкое. Оно требует, чтобы связь была 1→4, а предпочтительным субстратом были бы олигосахариды меньшего размера (в отличие от полисахаридов большего размера, таких как крахмал : в противном случае была бы включена альфа-амилаза ). Человеческие гены, которые производят ферменты с активностью, указанной этим номером EC, включают: [8]
MGAM — это «мальтаза-глюкоамилаза», обнаруженная на щеточной каемке кишечника.
GAA — это «кислая альфа-глюкозидаза», обнаруженная в лизосомах .
GANC , «нейтральная альфа-глюкозидаза С».
Синонимы, упомянутые Комиссией, включают мальтазу, глюкоинвертазу, глюкозидосахаразу, мальтазу-глюкоамилазу, α-глюкопиранозидазу, глюкозидоинвертазу, α- D- глюкозидазу, α-глюкозидгидролазу, α-1,4-глюкозидазу, α- D -глюкозидглюкогидролазу . [9] Эти названия не рекомендуются, поскольку они могут относиться только к определенной активности фермента или определенному белку, имеющему эту активность.
Механизм
α-Глюкозидаза гидролизует терминальные невосстанавливающие (1→4)-связанные остатки α-глюкозы, чтобы высвободить одну молекулу α-глюкозы. [10] α-Глюкозидаза является углевод-гидролазой, которая высвобождает α-глюкозу в отличие от β-глюкозы. Остатки β-глюкозы могут высвобождаться глюкоамилазой, функционально схожим ферментом. Субстратная селективность α-глюкозидазы обусловлена субсайтными сродствами активного центра фермента. [11] Два предложенных механизма включают нуклеофильное замещение и промежуточный оксокарбениевый ион. [11]
Пример реакции, катализируемой α-глюкозидазой: мальтотриоза + вода → α-глюкоза
Rhodnius prolixus , кровососущее насекомое, образует гемозоин (Hz) во время переваривания гемоглобина хозяина. Синтез гемозоина зависит от места связывания субстрата α-глюкозидазы. [12]
Были извлечены и охарактеризованы α-глюкозидазы печени форели. Было показано, что для одной из α-глюкозидаз печени форели максимальная активность фермента увеличилась на 80% во время упражнений по сравнению с отдыхающей форелью. Было показано, что это изменение коррелирует с увеличением активности гликогенфосфорилазы печени. Предполагается, что α-глюкозидаза в глюкозидном пути играет важную роль в дополнении фосфоролитического пути в метаболическом ответе печени на энергетические потребности упражнений. [13]
Было показано, что α-глюкозидазы дрожжей и тонкого кишечника крыс ингибируются несколькими группами флавоноидов. [14]
Структура
α-глюкозидаза в комплексе с мальтозой и НАД+
α-Глюкозидазы можно разделить на два семейства в соответствии с первичной структурой. [11]
Ген, кодирующий человеческую лизосомальную α-глюкозидазу, имеет длину около 20 кб, и его структура была клонирована и подтверждена. [15]
Человеческая лизосомальная α-глюкозидаза была изучена на предмет значимости Asp-518 и других остатков вблизи активного центра фермента. Было обнаружено, что замена Asp-513 на Glu-513 препятствует посттрансляционной модификации и внутриклеточному транспорту предшественника α-глюкозидазы. Кроме того, остатки Trp-516 и Asp-518 считаются критическими для каталитической функциональности фермента. [16]
Было показано, что кинетические изменения в α-глюкозидазе вызываются денатурантами, такими как хлорид гуанидиния (GdmCl) и растворы SDS. Эти денатуранты вызывают потерю активности и конформационные изменения. Потеря активности фермента происходит при гораздо более низких концентрациях денатуранта, чем требуется для конформационных изменений. Это приводит к выводу, что конформация активного центра фермента менее стабильна, чем конформация всего фермента в ответ на два денатуранта. [17]
Актуальность заболевания
Болезнь накопления гликогена II типа , также называемая болезнью Помпе : расстройство, при котором наблюдается дефицит α-глюкозидазы. В 2006 году препарат алглюкозидаза альфа стал первым выпущенным средством для лечения болезни Помпе и действует как аналог α-глюкозидазы. [18] Дальнейшие исследования алглюкозидазы альфа показали, что иминосахара проявляют ингибирование фермента. Было обнаружено, что одна молекула соединения связывается с одной молекулой фермента. Было показано, что 1-дезоксинойиримицин (DNJ) связывает самый сильный из протестированных сахаров и почти полностью блокирует активный центр фермента. Исследования расширили знания о механизме, с помощью которого α-глюкозидаза связывается с иминосахарами. [19]
Диабет : Акарбоза , ингибитор α-глюкозидазы, конкурентно и обратимо ингибирует α-глюкозидазу в кишечнике. Это ингибирование снижает скорость всасывания глюкозы за счет замедленного переваривания углеводов и увеличенного времени переваривания. Акарбоза может быть способна предотвратить развитие симптомов диабета. [20] Следовательно, ингибиторы α-глюкозидазы (например, акарбоза) используются в качестве антидиабетических препаратов в сочетании с другими антидиабетическими препаратами. Было обнаружено, что лютеолин является сильным ингибитором α-глюкозидазы. Соединение может ингибировать фермент до 36% при концентрации 0,5 мг/мл. [21] По состоянию на 2016 год это вещество испытывается на крысах, мышах и клеточной культуре . Аналоги флавоноидов продемонстрировали свою ингибирующую активность. [22]
Азооспермия : Диагностика азооспермии может быть улучшена путем измерения активности α-глюкозидазы в семенной плазме. Активность в семенной плазме соответствует функциональности придатка яичка. [23]
Противовирусные агенты: Многие вирусы животных обладают внешней оболочкой, состоящей из вирусных гликопротеинов. Они часто требуются для жизненного цикла вируса и используют клеточные механизмы для синтеза. Ингибиторы α-глюкозидазы показывают, что фермент участвует в пути для N -гликанов для вирусов, таких как ВИЧ и вирус гепатита В человека (HBV). Ингибирование α-глюкозидазы может предотвратить слияние ВИЧ и секрецию HBV. [24]
^ Bruni, CB; Sica, V.; Auricchio, F.; Covelli, I. (1970). «Дальнейшая кинетическая и структурная характеристика лизосомальной α-D-глюкозид глюкогидролазы из печени крупного рогатого скота». Biochim. Biophys. Acta . 212 (3): 470–477. doi :10.1016/0005-2744(70)90253-6. PMID 5466143.
^ Фланаган, PR; Форстнер, GG (1978). «Очистка кишечной мальтазы/глюкоамилазы крысы и ее аномальная диссоциация либо при нагревании, либо при низком pH». Biochem. J . 173 (2): 553–563. doi :10.1042/bj1730553. PMC 1185809 . PMID 29602.
^ Larner, J.; Lardy, H.; Myrback, K. (1960). «Другие глюкозидазы». В Boyer, PD (ред.). The Enzymes . Т. 4 (2-е изд.). New York: Academic Press. С. 369–378.
^ Sivikami, S.; Radhakrishnan, AN (1973). «Очистка глюкоамилазы кишечника кролика методом аффинной хроматографии на сефадексе G-200». Indian J. Biochem. Biophys . 10 (4): 283–284. PMID 4792946.
^ Соренсен, SH; Норен, О.; Сьёстрем, Х.; Дэниэлсен, Э.М. (1982). «Амфифильная мальтаза/глюкоамилаза кишечных микроворсинок свиньи. Структура и специфичность». Евро. Дж. Биохим . 126 (3): 559–568. doi :10.1111/j.1432-1033.1982.tb06817.x. ПМИД 6814909.
^ "Термин онтологии генов активности альфа-глюкозидазы (GO:0090599)". www.informatics.jax.org .См.: Определение, GO Tree View.
^ "ФЕРМЕНТ - 3.2.1.20 альфа-глюкозидаза". cytoplasmic-viraginosis.enzyme.expasy.org . Группа ферментов, специфичность которых направлена в основном на экзогидролиз 1,4-альфа-глюкозидных связей, и которые гидролизуют олигосахариды быстро, по сравнению с полисахаридами, которые гидролизуются относительно медленно или не гидролизуются вообще.
^ "EC 3.2.1.20". ExPASy . Получено 1 марта 2012 г. .
^ abc Chiba S (август 1997). «Молекулярный механизм α-глюкозидазы и глюкоамилазы». Biosci. Biotechnol. Biochem . 61 (8): 1233–9. doi : 10.1271/bbb.61.1233 . PMID 9301101.
^ Mury FB, da Silva JR, Ferreira LS и др. (2009). «α-Глюкозидаза способствует образованию гемозоина у кровососущих насекомых: эволюционная история». PLOS ONE . 4 (9): e6966. Bibcode : 2009PLoSO...4.6966M. doi : 10.1371/journal.pone.0006966 . PMC 2734994. PMID 19742319 .
^ Mehrani H, Storey KB (октябрь 1993 г.). «Характеристика α-глюкозидаз из печени радужной форели». Arch. Biochem. Biophys . 306 (1): 188–94. doi :10.1006/abbi.1993.1499. PMID 8215402.
^ Tadera K, Minami Y, Takamatsu K, Matsuoka T (апрель 2006 г.). «Ингибирование α-глюкозидазы и α-амилазы флавоноидами». J. Nutr. Sci. Vitaminol . 52 (2): 149–53. doi : 10.3177/jnsv.52.149 . PMID 16802696.
^ Хофслот Л; М. Хогевен-Вестервельд; Эй Джей Ройзер; Б. А. Остра (1 декабря 1990 г.). «Характеристика гена лизосомальной α-глюкозидазы человека». Биохим. Дж . 272 (2): 493–497. дои : 10.1042/bj2720493. ПМЦ 1149727 . ПМИД 2268276.
^ Германс, Моник; Мариан Кроос; Йос Ван Беумен; Бен Остра; Арнольд Ройзер (25 июля 1991 г.). «Характеристика каталитического сайта человеческой лизосомальной а-глюкозидазы». Журнал биологической химии . 21. 266 (21): 13507–13512. doi : 10.1016/S0021-9258(18)92727-4 . Получено 1 марта 2012 г.
^ Wu XQ, Xu H, Yue H, Liu KQ, Wang XY (декабрь 2009 г.). «Кинетика ингибирования и агрегация α-глюкозидазы различными денатурантами». Protein J . 28 (9–10): 448–56. doi :10.1007/s10930-009-9213-0. PMID 19921411. S2CID 36546023.
^ "FDA одобряет первое лечение болезни Помпе". Пресс-релиз FDA . FDA . Получено 1 марта 2012 г.
^ Yoshimizu, M.; Tajima, Y; Matsuzawa, F; Aikawa, S; Iwamoto, K; Kobayashi, T; Edmunds, T; Fujishima, K; Tsuji, D; Itoh, K; Ikekita, M; Kawashima, I; Sugawara, K; Ohyanagi, N; Suzuki, T; Togawa, T; Ohno, K; Sakuraba, H (май 2008 г.). «Параметры связывания и термодинамика взаимодействия иминосахаров с рекомбинантной человеческой кислой α-глюкозидазой (альглюкозидазой альфа): понимание механизма образования комплекса». Clin Chim Acta . 391 (1–2): 68–73. doi :10.1016/j.cca.2008.02.014. PMID 18328816.
^ Bischoff H (август 1995). «Механизм ингибирования α-глюкозидазы при лечении диабета». Clin Invest Med . 18 (4): 303–11. PMID 8549017.
^ Kim JS, Kwon CS, Son KH (ноябрь 2000 г.). «Ингибирование α-глюкозидазы и амилазы лютеолином, флавоноидом». Biosci. Biotechnol. Biochem . 64 (11): 2458–61. doi : 10.1271/bbb.64.2458 . PMID 11193416. S2CID 5757649.
^ Zhen, et al. (Ноябрь 2017). «Синтез новых флавоноидных алкалоидов как ингибиторов α-глюкозидазы». Bioorganic & Medicinal Chemistry . 25 (20): 5355–64. doi :10.1016/j.bmc.2017.07.055. PMID 28797772.
^ Mahmoud AM, Geslevich J, Kint J, et al. (март 1998). «Активность α-глюкозидазы семенной плазмы и мужское бесплодие». Hum. Reprod . 13 (3): 591–5. doi : 10.1093/humrep/13.3.591 . PMID 9572418.
^ Мехта, Ананд; Цицманн, Николь; Радд, Полин М; Блок, Тимоти М; Двек, Рэймонд А (23 июня 1998 г.). «Ингибиторы α-глюкозидазы как потенциальные противовирусные средства широкого спектра действия». FEBS Letters . 430 (1–2): 17–22. doi : 10.1016/S0014-5793(98)00525-0 . PMID 9678587. S2CID 25156942.
