α-Glucosidase

α-Glucosidase, auch bekannt als α-D-Glucosidase, ist ein allgemeiner Begriff für eine Familie von Enzymen, die die Hydrolyse von α-Glukose vom nicht reduzierenden Ende von Substraten mit α-glycosidischen Bindungen katalysieren. Es spaltet α-1,4-glucosidische Bindungen von den nicht reduzierenden Enden oligosaccharidischer Substrate, setzt Glukose frei oder überträgt freie Glukosereste auf ein anderes Kohlenhydratsubstrat, um eine α-1,6-glycosidische Bindung zu bilden, was zu nicht fermentierbarem Isomaltooligosaccharid, Glykolipid, Glycopeptid oder ähnlichem führt. Es ist in allen lebenden Organismen in der Natur weit verbreitet und hat eine große Vielfalt und unterschiedliche Eigenschaften. Seit der Screening von α-Glucosidase-Produktionsstämmen und der industriellen Produktion von Enzympräparaten wird es in der Produktion von Isomaltooligosaccharid und anderen Bereichen verwendet und hat viel Aufmerksamkeit in der inländischen und ausländischen Lebensmittelindustrie erhalten.

Quellen

α-Glucosidase ist in der Natur weit verbreitet und kommt in fast allen Organismen vor. Die überwiegende Mehrheit der bereits gefundenen α-Glucosidase stammt, abgesehen von einer kleinen Anzahl von α-Glucosidase aus Pflanzen und Tieren, von Mikroorganismen. Einige Stämme wie Bakterien, Schimmel und Hefen können α-Glucosidase sekretieren. Unter ihnen hat Aspergillus niger eine höhere Ausbeute, und die meisten α-Glucosidase-Produkte auf dem Markt werden durch Fermentation von Aspergillus niger hergestellt.

Eigenschaften

Die relative Molekülmasse von α-Glucosidase liegt allgemein zwischen 40.000 und 150.000. Die relative Molekülmasse von α-Glucosidase aus verschiedenen Quellen variiert stark. Sie ist auch signifikant unterschiedlich in verschiedenen Stämmen derselben Gattung oder im gleichen Pflanzengewebe. Der isoelektrische Punkt aller gefundenen α-Glucosidase-Enzyme liegt im sauren Bereich mit geringen Veränderungen, allgemein zwischen 3,0 und 5,0, aber der optimale pH-Wert kann 7,0 überschreiten. Die meisten α-Glucosidasen haben eine hohe thermische Stabilität und optimale Temperaturen, was ihrer industriellen Anwendung zugutekommt. Ihre thermische Stabilität könnte mit ihrer Aminosäurezusammensetzung zusammenhängen, und mit der Zunahme von hydrophoben Aminosäuren im Enzymmolekül. Die Zunahme der Anzahl hydrophober Aminosäuren wie Glycin, Alanin, Prolin und Leucin im Enzymmolekül trägt zur Verbesserung seiner thermischen Stabilität bei, was möglicherweise auf die stärkere dreidimensionale Struktur des Enzymmoleküls aufgrund der Verstärkung der hydrophoben Wechselwirkungen zurückzuführen ist. α-Glucosidase gehört zu den bindungsspezifischen Enzymen, die spezifisch die α-1,4-glucosidische Bindung im Molekül des Kohlenhydratsubstrats schneiden können. Einige Arten von α-Glucosidase können auch auf die α-1,2-glucosidische Bindung wirken. Daher ist α-Glucosidase im Allgemeinen weniger streng gegenüber Substraten und hat ein breites Spektrum an Substratspezifität.

Katalytischer Mechanismus

α-Glucosidase hydrolysiert terminale nicht reduzierende (1→4)-verknüpfte α-Glukosereste, um ein einzelnes α-Glukosemolekül freizusetzen. α-Glucosidase ist eine Kohlenhydrat-Hydrolase, die α-Glukose im Gegensatz zu β-Glukose freisetzt. β-Glukosereste können von Glucoamylase, einem funktionell ähnlichen Enzym, freigesetzt werden. Die Substratauswahl von α-Glucosidase ist auf die Subsite-Affinitäten der aktiven Stelle des Enzyms zurückzuführen. Zwei vorgeschlagene Mechanismen umfassen eine nukleophile Substitution und ein Oxocarbeniumion-Intermediat.

Stoffwechselmechanismus

α-Glucosidase umfasst hauptsächlich Enzyme wie Maltase, Sucrase, isomerisierte Maltase und Laktase, die hauptsächlich entlang des Bürstensaums des Darmeptithels verteilt sind und eine wichtige Rolle im Katabolismus von Zucker spielen. Der Prozess besteht darin, dass Polysaccharide durch Speichel im Mund und Pankreasamylase in Oligosaccharide mit einer kleinen Anzahl von Glukosemolekülen verdaut werden, wobei α-Glucosidase dann die α-1,4-glycosidische Bindung an diesen nicht reduzierenden Enden des Oligosaccharids schneidet und Glukose freisetzt. Glukose wird vom Dünndarm in die Blutzirkulation aufgenommen und wird zu Blutzucker. Im physiologischen Zustand enthalten die oberen, mittleren und unteren Abschnitte des Dünndarms alle α-Glucosidase, aber der obere Abschnitt ist der Hauptteil der Absorption.

Reinigungsmethode

Die Ammoniumsulfat-Fällung ist eine häufig verwendete Methode zur ersten Reinigung von α-Glucosidase. Dies liegt daran, dass Ammoniumsulfat-Fällungsmittel weniger Schäden an der Enzymaktivität verursachen, das Präzipitat kann lange gelagert werden. Gleichzeitig variiert aufgrund der Vielzahl von Proteinstrukturen die Anfangskonzentration und die vollständige Fällungskonzentration von Ammoniumsulfat-Fällungen, was verwendet werden kann, um das Enzym grob zu extrahieren zur Vorreinigung und die meisten Hybridproteine zu entfernen. Die Ammoniumsulfat-Fällungsmethode ist einfach und bequem, hat jedoch eine geringe Auflösung, die Reinigungsrate ist nicht hoch, und eine große Menge Salz ist im Enzym gemischt, was eine weitere Entsalzung bei der Reinigung erforderlich macht. Die Aceton-Fällung zeichnet sich durch eine hohe Auflösung aus und ist eine weitere gängige Methode zur ersten Reinigung von α-Glucosidase. Die Verwendung eines Volumenverhältnisses von 1,0 bis 1,5 Mal kaltem Aceton zur direkten Fällung des Rohenzymes ist idealer und entfernt eine große Anzahl von Verunreinigungen in Protein und Farbstoffmaterial. Besonders wenn das Volumenverhältnis von Aceton zu Enzym 1:2 beträgt, sind die Reinigungsfaltung und der Ertrag vergleichsweise hoch. Daher ist die Kombination der Ammoniumsulfat-(40% ~ 60%)-Salzfällungsmethode mit der Acetonmethode förderlicher für die Reinigung von α-Glucosidase.