März 3, 2021
Longchang Chemical
Überblick über die Glykosidhydrolase
Glykosid ist eine Verbindung, die durch Kondensation der hemiacetalen Hydroxylgruppe eines Zuckers oder Zuckerderivats mit einem anderen Nicht-Zuckerstoff entsteht. Natürliche Glykoside werden hauptsächlich aus Sekundärmetaboliten von Pflanzen gewonnen. Für ihre eigene Verteidigung synthetisieren Pflanzen eine große Anzahl von Glykosiden, die dem Menschen eine Fülle von Ressourcen für die Erforschung, Entwicklung und Herstellung von Arzneimittelkandidaten bieten. Glykosidverbindungen haben eine Vielzahl wichtiger pharmakologischer Wirkungen, z. B. gegen Rheuma, antibakteriell, entzündungshemmend, tumorhemmend, immunregulierend, zur Verbesserung der Atemwege und des Verdauungstrakts, und mehr als 70% der derzeit auf dem Markt befindlichen Arzneimittel sind mit Glykosidverbindungen verbunden. Mit dem Aufkommen der Zuckertechnologie und der Entwicklung von Trennungs-, Reinigungs- und Identifizierungstechnologien wird die Erforschung der wirksamen Bestandteile von Glykosiden in Pflanzen vertieft und die Anwendung ausgeweitet werden. Je nach Struktur können Glykoside auf verschiedene Weise klassifiziert werden. Je nach dem Unterschied der Glykosidatome kann man sie in Oxyglykoside, Thioglykoside, Kohlenstoffglykoside und Azaglykoside unterteilen, wobei die Oxyglykoside die häufigsten sind. Die strukturelle Vielfalt der Glykoside führt zu einer Vielzahl von pharmakologischen Aktivitäten. Die pharmakologische Aktivität von Glykosiden hängt nicht nur mit dem Aglykon zusammen, sondern auch eng mit dem Teil der Zuckerkette. Die Monosaccharidzusammensetzung der Zuckerkette im Glykosid, die Konfiguration der glykosidischen Bindung und die Art der Glykosylverbindung beeinflussen die Aktivität und die Stoffwechselwege des Glykosids. Einige Glykoside werden hydrolysiert, um Aglykone zu erzeugen und bessere pharmakologische Wirkungen zu erzielen, wie z. B. Quercetin und Gensäure. Die Veränderung der Zuckerkette des Glykosidmoleküls und die Untersuchung der Struktur-Wirkungs-Beziehung sind von großer Bedeutung für die Entdeckung neuer Arten von Glykosid-Arzneimitteln. Zur Hydrolyse von Zuckerketten können chemische Methoden wie die Säure- oder Basenkatalyse und biologische Methoden wie Mikroorganismen und Enzymkatalyse eingesetzt werden. Bei der chemischen Hydrolyse von Glykosiden fallen manchmal mehr Nebenprodukte an, und gleichzeitig wird die Umwelt leicht verschmutzt. Mit biologischen Methoden können diese Probleme überwunden werden. Daher wird die Glykosidhydrolase als potenziell wirksames Werkzeug für die Herstellung aktiver Glykoside und Aglykone angesehen. Dieser Artikel fasst systematisch die Forschungsfortschritte bei der Umwandlung von Glykosidhydrolasen zur Herstellung aktiver Glykoside und Aglykone zusammen.
Die Glykosidhydrolase ist eine echte Hydrolase und benötigt keine Coenzyme und Cofaktoren. Es gibt viele Glykosidhydrolasen, die in Bakterien, Pilzen, Pflanzensamen und tierischen Organen weit verbreitet sind. Sie können aufgrund der Ähnlichkeit der Aminosäuresequenzen und -strukturen in verschiedene Familien eingeteilt werden. Gegenwärtig sind 145 Glykosidhydrolasen-Familien bekannt. Die Eigenschaften und Funktionen von Glykosidhydrolasen standen schon immer im Mittelpunkt der Forschung auf dem Gebiet der Glykobiologie. Die Forschung über Glykosidhydrolasen begann in meinem Land in den späten 1950er Jahren. Akademiker Zhang Shuzheng und andere analysierten und verglichen die Zusammensetzung des Amylasesystems verschiedener Aspergillus in der Alkoholindustrie. Die Amylase wurde in China durch Papierelektrophorese getrennt und bestimmt. 1966 wurden aus 150 Rhizopus-Stämmen drei Stämme ausgewählt, die hochaktive Amyloglucosidase-Hydrolase produzieren, und ihre Enzymaktivität wurde vorläufig untersucht. Seit den 1980er Jahren führte Akademiemitglied Zhang Shuzheng grundlegende und angewandte Forschungen zu verschiedenen Glykosidasen durch und setzte sich energisch für Pionierprojekte in der Glykobiologie und im Glyco-Engineering ein. Als einer der Begründer der Glykobiologie engagiert sich Akademiemitglied Zhang Shuzheng seit langem für die Erforschung der mikrobiellen Biochemie und der Glykobiologie und hat bemerkenswerte Leistungen in der Struktur und Funktion von Glykosidasen, der Glykobiologie und dem Glykologie-Engineering erbracht und einen grundlegenden Beitrag zur Entwicklung der Enzymzubereitungsindustrie und der Enzymologie in unserem Land geleistet.
Mit der zunehmenden Bedeutung von Kohlenhydratverbindungen im Bereich der Biologie haben auch die Erforschung und Anwendung von Glykosidhydrolasen mehr und mehr Aufmerksamkeit erregt. Gegenwärtig werden Glykosidhydrolasen hauptsächlich aus Mikroorganismen oder Tieren und Pflanzen durch Abtrennung, Reinigung und molekulare Klonierungstechniken gewonnen. Yu Wei et al. untersuchten den Enterobacter cloacae-Stamm YW2112 aus Bodenmikroorganismen. Die daraus isolierte und gereinigte Glykosidase kann die glykosidische Bindung zwischen der Ceramid- und Oligosaccharidkette im Gangliosid spezifisch hydrolysieren. Ein wichtiges Werkzeug für die Funktionalität. Zhang Shuzheng und andere konstruierten die β-Amylase rekombinant aus der Gesamtgenom-DNA-Bibliothek von Bacillus megaterium. Nach Vergleich und Analyse der Aminosäuresequenz wurde festgestellt, dass das Enzym aus einer Signalpeptiddomäne, einer katalytischen Glykosylhydrolase-Domäne und einer Stärkebindungsdomäne besteht. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der molekularbiologischen Technologie werden Zufallsmutation und gerichtete Evolution in großem Umfang zur Verbesserung von Glykosidhydrolasen eingesetzt. Tang Shuangyan vom Institut für Mikrobiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften verbesserte die thermische Stabilität von Bacillus glucoamylase durch DNA-Rekombinationstechnologie und sagte den Mechanismus zur Verbesserung der thermischen Stabilität des mutierten Enzyms voraus. Gegenwärtig sind bei der Herstellung und industriellen Anwendung von Glykosidhydrolasen bemerkenswerte Ergebnisse erzielt worden. Glykosidhydrolasen lassen sich leicht durch Fermentation gewinnen. Mit der rasanten Entwicklung der Gentechnik und des Protein-Engineerings wurde rekombinante Glykosidhydrolase aufgrund ihrer hohen Expression und einfachen Reinigung weithin eingesetzt. Der enzymatische Umwandlungsprozess zeichnet sich durch milde Bedingungen, gute Spezifität, hohe Ausbeute und Umweltfreundlichkeit aus. Daher hat sich die Glykosidhydrolase zu einem effektiven Werkzeug für die Umwandlung und Herstellung aktiver Glykoside und Aglykone entwickelt.
Glykoside haben eine Vielzahl biologischer Aktivitäten, wie z. B. entzündungshemmende, antioxidative und tumorhemmende Eigenschaften, und bieten gute Aussichten für die Entwicklung von Arzneimitteln, Gesundheitsprodukten und Kosmetika. Mit den Fortschritten der modernen Biotechnologie wurden Extraktions-, Trennungs-, Analyse- und Testmethoden kontinuierlich verbessert. Die Entwicklung der Enzymologie hat eine breite Palette von Anwendungen der Biotransformationstechnologie eröffnet, und die Verwendung von Enzymen zur Umwandlung von Glykosiden hat immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Herstellung neuer Glykoside und Aglykone durch Glykosidhydrolase wird die biologische Aktivität von Glykosiden verändern und eine Fülle von Ressourcen für Arzneimittel und gesunde Lebensmittel liefern. Gegenwärtig ist die Forschung über den katalytischen Mechanismus von Enzymen relativ schwach, insbesondere die Analyse der dreidimensionalen Struktur des Enzyms auf molekularer Ebene und die Untersuchung der Beziehung zwischen der Struktur des Enzyms und seiner Selektivität sind wenig und nicht eingehend. Die moderne Biotechnologie, wie die Molekularbiologie und die Strukturbiologie, wird diese wissenschaftlichen Probleme allmählich lösen, und die Biotransformation zur Herstellung neuer Glykosidverbindungen wird in der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion immer mehr Verbreitung finden.
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