糖基转移酶的分类与结构

糖类存在于所有的生命体中,是许多天然产物包括多烯类抗生素结构的重要组成部份,世界上用于医药的天然产物中很大一部分是携带有糖基的次级代谢产物,糖基往往从药物动力学、药物的吸收与转运以及药效和作用机制等方面不同程度的影响药物的生物活性。因此,糖基化反应一直是人们研究的热点。

糖基化反应是地球上最重要的转化反应之一,一般发生在生物体内天然产物生物合成的最后几步,由糖基转移酶催化将不同活化形式的糖基供体转移至糖、蛋白质、脂类和核酸等结构多样的受体分子上形成糖苷键,最终成为具有丰富生物活性的天然产物。

一、糖基转移酶的分类

目前,在CAZY (carbohydrate-active enzyme database)数据库中已经有超过65 000个编码糖基转移酶的序列,根据它们氨基酸序列的同源性将糖基转移酶分为89个家族。

糖基转移酶根据其催化机制的不同可以分为反转型和保留型,糖基供体异头碳的构型在糖基化过程中发生改变的为反转型,反之则为保留型;根据其糖基供体的不同可分为葡萄糖转移酶、半乳糖转移酶、橄榄糖转移酶等;根据其蛋白结构折叠方式的不同可分为GT-A、GT-B、GT-C三个超家族。由于对蛋白结构的解析能够更清楚的揭示酶的保守结构域及作用机制,为进行糖基转移酶的基因工程改造和组合生物合成提供理论依据,因此对糖基转移酶结构的研究在世界范围内得到广泛开展。

二、糖基转移酶的结构

由于糖基转移酶表达、纯化以及结晶方面的困难,1995年之前仅有一个糖基转移酶晶体的报道。在这之后,随着技术的不断发展,目前已经有超过100个糖基转移酶的神秘面纱被世人揭开。通过对它们的深入研究人们发现,尽管这些糖基转移酶在蛋白的一级结构上有很大差别,但是它们的晶体结构都呈球形,大部分都采取GT-A或者GT-B的折叠方式,最早报道的GT-A和GT-B折叠的糖基转移酶的晶体结构分别为枯草芽孢杆菌中的SpsA和噬菌体中的T4的β-葡萄糖转移酶(BGT)。

GT-A含有两个折叠方式不同的结构域,N-端是一个类似于Rossmann的折叠,负责糖基供体的结合,在这个结构域的末端往往含有一个保守的Asp-x-Asp (DxD)序列,该序列通过与二价阳离子(如Mn2+)的结合参与到了与糖基供体中磷原子的识别与结合;而C-端是受体结合结构域,大部分由β折叠构成。与GT-A相反,GT-B含有两个相同的类似于Rossmann的折叠,N-端负责受体的结合,C-端较为保守,负责供体的结合,尽管GT-A与GT-B的折叠方式和底物结合位点有所不同,它们的催化活性中心都位于两个结构域之间的桥连区域。

    日期:2014年03月06日  分类:其 它
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