单位文秘网 2021-08-19 09:22:58 点击: 次
摘要:N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(N-Acetyl-β-D-glucosaminidase ,NAGase,EC 3.2.1.52)是水解酶中的一种,因其在几丁质降解过程中的特殊作用,引起国内外学者对其进行多方面研究,包括酶分离纯化系统的建立、生物学性质、克隆测序等相关研究。文章从动物、植物和微生物三方面介绍了国内外关于NAGase的研究现状。微生物NAGase与真菌细胞壁的形成有关,有利于农业上生物控制致病真菌的研究;动物NAGase是糖蛋白和粘多糖彻底降解的关键酶,在甲克类动物几丁质和可降解聚合材料的开发方面有较高的利用价值;植物NAGase研究较少;此外NAGase也存在于人体中,对某些疾病的诊疗具有重要意义。
关键词:N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶 几丁质代谢 酶学性质
中图分类号:556+.2 文献标识码:A文章编号:1672-5336(2014)14-0068-03
Abstract: N-Acetyl-β-D-glucosaminidase (NAGase, EC 3.2.1.52). is one of the chitin metabolic enzymes, NAGase in chitin metabolism and sugar base on the transfer of special function, cause the foreign and domestic research on its various aspects, including the separation and purification of enzyme, basic properties, enzymatic molecular biology research, cloning sequencing and so on. This article from three aspects as animals, plants, and microorganisms are introduced domestic and foreign research status about NAGase. Microbial NAGase associated with the formation of the cell walls of fungi and bacteria polysaccharides shell, biological control of pathogenic fungi play an important role on the agriculture; NAGase animals is the key enzyme of glycoprotein and mucopolysaccharide completely degradation, chitin in jacket type of animals and the development of biodegradable polymeric materials have higher use value; NAGase plant research is less; NAGase are also exists in the human body, is of great significance for clinical diagnosis and treatment of some diseases.
Key Words:N-Acetyl-β-D-glucosaminidase Chitin metabolism Enzymology properties
几丁质(chitin)又可以称作甲壳素,甲壳质等,是由几千个乙酰葡萄糖胺残基通过β-1,4糖甙链直线连接成的聚合(图1-1)[1],因此又名(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖][2]。其在自然界中的分布仅次于植物纤维,是目前地球上的第二大生物资源,主要分布在低等植物,节肢动物、以及昆虫的外壳、软体动物(如鱿鱼、乌贼)的外壳等,其每年的生物合成量超过百亿吨,因此十分具有研究价值[3]。
多年以来,几丁质的开发一直是研究的热点,研究发现几丁质本身不能被利用,但他的降解产物有广泛的用途,几丁质降解后产生的几丁寡糖类生物活性物质,是几丁质工业中的高附加值产品,已被广泛用于人类保健及医疗抗菌[4]。而N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖酶,正是几丁质降解酶系中的一种,对于南极磷虾几丁质的开发有很大的应用价值,已被广泛用于人类保健及医疗抗菌、环境保护、化学化工及生物工程等领域,目前国外已就几丁质的降解及生物学转化开展一系列研究,国内相关研究报道较少。
1 N-乙酰-β-D氨基葡萄糖苷酶概述
N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(N-Acetyl-β-D-glucosaminidase NAGase,EC 3.2.1.52)是酸性水解酶中的一种,在几丁质降解过程中起关键作用,其在生物体中主要分布在动物内脏中,其可将几丁质代谢过程中产生的寡糖水解成单糖[5]。此外,该酶广泛存在于各种组织器官、体液中。其测定方法有比色法和荧光光度法,甲壳动物体内营养代谢以及周期性脱壳也有该酶的参与,因此,对该酶的研究,有助于促进甲壳动物周期性脱壳的生长研究[6]。该酶的研究可以提高触杀虫剂的效果,将该与一些生物农药联用将有助于药剂对害虫几丁质表皮的渗透,从而提高触杀农业害虫的效果[7]。
2 N-乙酰-β-D氨基葡萄糖苷酶的分子生物学研究现状
2.1 酶的分离纯化及性质研究概况
N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶来源十分丰富,目前已有报道较多的是动物、和微生物中均可分离纯化得到。微生物N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶是目前研究最多,做深入的,动物中主要集中在甲壳类动物的研究,植物中从1994年有学者第一次研究,到目前研究你依然很少[8]。动物中该酶的分离纯化主要采用凝胶柱,DEAE离子交换柱层析分离纯化等;微生物中真菌(Trichoderma asperellum)中主要利用HiTrapQ阴离子交换柱及phenyl-Sepharose疏水柱层析分离纯化出两种同型二聚体N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶[9]; 从嗜高温菌(Thermococcus chitonophagus)中利用butyl-TSK-NPR疏水柱及Mono Q离子交换柱层析分离单亚基N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶[10]等。
2.2 酶的抑制失活研究性研究概况
N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的抑制和失活研究,可影响其生理功能,也可抑制某些细菌、真菌和昆虫的生长发育,在相关研究中也有报道过。相关研究主要做了金属离子Hg2+,Cu2+,Fe2+,和Zn2+,变性剂盐酸胍、尿素等对N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶活性、结构等的影响。表明Hg2+,Cu2+,Fe2+,和Zn2+等金属离子抑制剂对N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶,均有不同年程度的抑制作用,重金属离子抑制性更强,其中Zn2+Cu2+,为可逆性非竞争抑制,而Hg2+等金属离子多为不可逆性抑制[11-12]。
3 微生物中 N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶研究概况
关于微生物 N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶目前研究最多,最有价值的就是其与真菌细胞壁和细菌多糖外壳的形成相关,对于农业上生物控制致病真菌有重要作用[13]。对此多为学者做了相关研究,通过对不同对微生物N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶活力调控的研究,发现,在大部分真菌中该酶最适pH值介于 4.0~5.5之间,等电点偏酸[14];而细菌来源的酶的等电点偏酸偏碱的都有,研究者们猜想这可能与其含有较多的谷氨酸和天冬氨酸等有关[15]。不同来源的细菌N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的最适温度差异较大,真菌N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的最适温度大约在50℃[16]。
目前研究报道的微生物 N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的分离纯化大多采用盐析、透析、疏水柱、离子交换柱、凝胶柱等多步层析纯化步骤[17]。谭玉龙做了N-乙酰氨基葡萄糖苷酶Nag1对于生物膜结构的作用,发现可有效抑制生物被膜的形成,同时也可清除生物被膜结构并有效的恢复了抗生素的效果[18]。
4 动物中N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的研究概况
关于动物,国内外研究较多的主要集中在烟草天蛾、家蚕、蜘蛛、中国螯蟹、山麻鸭、猪、虾等物种,研究表明两栖类动物、鸟类及昆虫等都能产生几丁质酶,而另外一些动物如兔子和龟则不能产生任何几丁质酶,仅含有微量的几丁质二糖酶[19-21]。一些研究表明动物几丁质酶也属于内切酶体系,可将几丁质水解成二糖或三糖,动物几丁质酶主要分布于消化液、腺体、胃和肠粘膜[22]。其中虾类主要研究的是南美白对虾,而对于南极磷虾中有关该酶的报道目前还没有。研究表明N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶主要存在于昆虫和甲壳动物的内脏以及性腺中[26-27]。
有研究者已从烟草天蛾内脏中纯化出两种几丁质水解酶:外切几丁质酶和N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶;对纯化的烟草天蛾NA-Gase酶的研究表明,在蜕皮液中外切几丁质酶和酶协同作用的效率是单NA-Gase酶作用的六倍,而这种协同增效作用的速度取决于蜕皮液中两种酶的比[22-25]。
5 植物中 N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的研究概况
到目前为止,关于植物几丁质酶系的报道较少, 2003年Oikawa等人报道了从玉米幼苗中提取β-N-乙酰氨基己糖苷酶,通过凝胶电泳测得该酶分子量为70 kDa,单亚基[26-28];最适pH为4.5,最适温度为55℃,等电点为6.75,同做了Ag+Hg2+等金属离子对该酶抑制作用的研究,表明Ag+Hg2+是不可逆非竞争性抑制剂[29-31]。
追溯更早发现史益敏等研究者在1994年也做了相关研究[31],从系统感染TMV(tobacco mosaic virus)的番茄叶胞外蛋白提取液中分离纯化得分子量为145kDa的同型二聚体β-N-乙酰氨基己糖苷酶,该酶同时具有N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶和N-乙酰-β-D-氨基半乳糖糖苷酶活力,最适pH在4.8~5.0之间,最适温度在44~47℃之间[32-33]。进一步做了,N-乙酰葡萄糖和N-乙酰半乳糖等抑制剂对该活性、结构等的影响实验,表明N-乙酰葡萄糖和N-乙酰半乳糖是酶的竞争性抑制剂,Ag+和Hg2+是酶活性的不可逆抑制剂[35-36]。
6 总结和展望
作为几丁质生物降解的主要酶类,N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶受到诸多生命学科的重视,并开展了大量的研究工作,目前已经建立了一整套较为完善的酶学体系和研究方法,对N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的理化性质、生物结构例如N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶蛋白的核苷酸序列、一级结构和高级结构以及作用机理等许多方面进行了深入系统的研究。普遍的观点认为来源于细菌的N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶其主要功能是将几丁质分解利用作为营养源;近年来随着分子生物技术的高速发展,大量的不同来源的N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶基因被克隆,并作了细致的序列分析。
近年来,我国的海产品养殖加工工业迅猛发展,尤其是南极磷虾的副产品的开发,是目前 生物资源开发的热点。由于对于南极磷虾的加工利用上尚处于初级阶段,在加工中产生大量的废弃物,这些废弃物中50%都是几丁质。所以对于南极磷虾几丁质的开发研究目前是世界上各个国家都在研究的课题,对于该酶的研究有助于我们对于几丁质催化降解机理的研究,为几丁质降解提供理论基础。
致谢
感谢为本文提供帮助的所有老师和同学们,谢谢你们辛勤的付出,感谢本人所采用文献的作者们,因为有你们研究的基础,才有了今天这篇文章,你们是最大的付出者,谢谢你们!
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