《糖基转移酶文献综述4800字》

糖基转移酶文献综述目录TOC\o"1-2"\h\u156121.糖基转移酶概述 1254321.1糖基转移酶定义 111861.2糖基转移酶基因的分子机制 1214642糖基转移酶的催化机理 1154613.糖基转移酶的应用 3291494.糖基转移酶作用 4284284.1抗氧化 476594.2乳化 4246935.总结 51.糖基转移酶概述1.1糖基转移酶定义糖基转移酶一般用于植物结构的糖基化修饰，它能催化活性糖基碘酮转化为糖受体分子，生成类似的糖苷类化合物[1]，迄今为止，糖基转移酶的系统分类已被纳入数据库。[2]将保留序列与催化产物三维结构的差异分为107个家族，植物次生代谢产物的糖基化是一个聚乙烯家族，包括糖基转移酶。[3]1.2糖基转移酶基因的分子机制在人类基因组中，糖基转移酶基因是以单拷贝形式存在[4]，其cDNA编码494个氨基酸，与原大肠杆菌同源性为27%，具有与NAD+结合位点相同的共有序列[5]；在糖基转移酶基因有1-2个拷贝，其ORF长度为1824bp，编码一个481个氨基酸（aa）的蛋白质，分子量为53.1kDa，分别与来自大豆和牛肝的UGDHs具有90％和63％的同一性，并具有高度保守的氨基酸序列[6]。在桉树中（E.grandis）UGDH以双拷贝存在，ORF长度为1443bp，编码480个氨基酸的蛋白质，预测分子量为53kDa，与大豆（92％），肉桂（90％），拟南芥（90％），芋头（89％），白杨（89％）和大米（85％）的UGDH具有高度相似性[7]。在玉米（Z.mays）的基因组中UGDH以双拷贝形式存在（UDPGDH-A和UDPGDH-B），其氨基酸序列与大豆的UGDH氨基酸序列具有95％的相似性，和拟南芥UGDH蛋白具有93％的相似性[8]。2糖基转移酶的催化机理糖基转移酶具有丰富的糖供体。UDP-葡萄糖醛酸是哺乳动物中最常见的糖供体[9]，而UDP-葡萄糖、UDP-半乳糖、UDP-葡萄糖醛酸和UDP-阿拉伯糖是植物中最常见的糖供体[10-11]。UDP-葡萄糖是碳水化合物分配的主要中间产物。一方面，它是蔗糖磷酸合成酶（SPS）催化的蔗糖在酶促反应中的直接前体，另一方面，它是通过UDP酶合成纤维素和其他细胞壁聚合物的直接前体。UGDH不可逆地催化UDP-葡萄糖（UDP-GLC）的四电子氧化生成UDP-葡萄糖醛酸（UDP-GlcA），NAD+同时生成两个NADH分子。UDP-GlcA转化为半乳糖醛酸核苷酸糖用于果胶合成，而木糖和阿拉伯糖的核苷酸糖用于半纤维素合成。UDP-GLC和NAD+产生UDP-glucuronide（UDP-GlcA）。UDP-GlcA被认为是糖苷代谢的主要途径。它是许多糖苷的前体，也是半纤维素和果胶生物合成的前体。它在植物组织器官的发育中起着重要的作用。糖基转移酶对糖供体的特异性选择与C端PspG结构域有关。糖基转移酶可以通过与多个氨基酸残基的氢键作用牢固地结合到UGT的PspG区域[12-13]。一般来说，特定的糖基转移酶对糖供体的选择具有较高的特异性，而对其他糖供体的催化活性较低，例如ib3ggt的催化活性远高于UDP。通过比较7种植物的UDP-葡萄糖基转移酶和6种植物的UDP-半乳糖基转移酶的氨基酸序列，发现其PspG结构域的最后一个氨基酸通常是高度保守的Gln（谷氨酰胺）和his（组氨酸），在糖基识别过程中起着重要的作用[14]。据报道，取代Q或h可能改变UGT的供体特异性，如食用当归中的半乳糖基转移酶突变蛋白h374q改变了糖供体对UDP-半乳糖的偏好，使之成为UDP-葡萄糖，Tongg等将在拟南芥鼠李糖基转移酶atugt89cl中产生H3突变蛋白，突变成为Q后对于UDP鼠李糖和UDP葡萄糖拥有双重催化活性[15]。另外，N端氨基酸残基苏氨酸位于糖基供体的结合中心，在糖基供体识别过程中起着重要作用。例如，当vvgti中的thr141突变为Ala（丙氨酸）时，其对UDP葡萄糖的催化活性丧失[16]。UDP-葡萄糖是碳水化合物分配的主要中间产物[17]。一方面，它是蔗糖磷酸合成酶（SPS）催化的蔗糖在酶促反应中的直接前体，另一方面，它是通过UDP酶合成纤维素和其他细胞壁聚合物的直接前体。Dong，Wei，Chen，McClements和Decker（2011）[20]指出，从酪蛋白肽-葡萄糖获得的MRPs的抗氧化活性受到葡萄糖浓度的显著影响，肽：葡萄糖比为1：2的DPPH自由基清除活性高于比例为1：0.5和1：1的MRPs。糖基化程度，紫外吸收和褐变强度随肽：葡萄糖比和加热时间的增加而显著增加，表明形成了具有抗氧化特性的更高级的美拉德产物。而且，过高的糖肽比例会造成美拉德产物中的还原糖（如葡萄糖，半乳糖和果糖）浓度较高，使其还原力较高。同样，当葡萄糖：肽的比例从1：1增加到3：1时，鸡肉肽-葡萄糖MRPs的还原力显著增加，增加到4：1时，还原力显著下降。Vhangani和VanWyk对此进行了解释。尽管高糖浓度会提高糖基化产率并形成高分子量糖基化产物，但通常会增加溶液粘度，并随后限制了早期MRPs进一步转化为具有抗氧化性能的产品。这在含有蛋白质和多糖的体系中很明显，在美拉德结合后，系统粘度会显著增加，并且由于在美拉德反应期间pH降低，有时会有凝胶状结构形成，从而使蛋白质达到等电点[21]。在较高的初始pH值下获得的猪血浆蛋白-葡萄糖MRPs表现出更高的还原能力和DPPH自由基清除活性，这是由于在这些pH值下中间产物和最终产物的含量较高。同样，WPI和木糖，葡萄糖，果糖，乳糖及麦芽糖结合，致使美拉德反应进行，从而获得的MRPs的还原能力和DPPH清除活性跟着pH值（从3.0升高到9.0）增加而得到改善。Song，Yang，Wei和Ruan（2016）[22]评估了半翅凤尾鱼水解物-葡萄糖糖基化产物的抗氧化活性。较高的pH值导致糖基化产物具有更大的还原力，而糖基化产物的DPPH自由基清除活性随pH值增加到碱性条件而降低，而且在初始pH值为5.6时获得的MRPs的DPPH自由基清除活性（95.30％）高于在pH值为9.5时获得的MRPs（39.57％）。在较低的pH值下增加的DPPH自由基清除效果可能与pH值导致较低的糖基化速率并控制了美拉德反应形成早期MRPs有关。Wijewickreme，Kitts和Durance（1997）发现，初始湿度分别为74％和78％相对湿度下获得的葡萄糖-赖氨酸MRPs表现出比在其他相对湿度下获得的金属-螯合亲和力更高。同样，初始相对湿度分别为62％和68％形成的果糖-赖氨酸MRPs，其铜螯合活性高于其他初始相对湿度。这些发现表明，中等aw值在糖基化程度较高的MRPs形成中起重要作用，进而导致美拉德结合物具有增强的抗氧化活性。3.糖基转移酶的应用糖基转移酶在植物细胞壁（半纤维素和果胶）糖代谢和多糖形成过程中起着重要的调节作用[28]。在拟南芥中，atugdh1基因的过度表达导致土壤局部沉积，形成地下（根系），转基因植株的次生花序中心增多，细胞壁多糖含量增加，表明该基因在拟南芥的生长发育中起着中心调控作用[29]，采用基因突变（转位）的方法研究了糖基转移酶基因的功能。结果表明，突变体UDPGDH-A和UDPGDH-B活性显著降低，细胞壁产生所需的基质多糖含量显著降低，说明该酶在玉米UDPGDH-A等细胞壁多糖前体的生物合成中起着关键作用[30]。然而，UDPGDH-B的敲除导致没有引起细胞壁组成发生没有变化，故认为可能存在多种同工酶替代途径（如UDPGDH-B的情况），则将其敲除可能不会导致细胞壁组成的改变。如上证据表示玉米UDPGDH基因在细胞壁形成的过程中起到了关键性作用[31]。在桃树（Prunuspersica）中，PpUGD1mRNA的表达增加了细胞壁物质的含量和细胞壁糖醛酸的含量，而随着PpUGD1mRNA的降低，细胞壁中糖醛酸含量不再增加，这表示PpUGD1在细胞壁合成中的用途；以上实验结果研究表明，UGDH在多糖生物合成和植物细胞壁中半纤维素和果胶生成的流程中起到非常关键的效用。图3糖基转移酶催化的合成途径（引自《糖基转移酶酶学性质的探究及应用》）通过转化烟草进行毛白杨（Populustomentosa）PtUGDH基因功能调查，结果表明，在木质素含量不变的情况下，纤维素含量增加了8%～40%，戊聚糖含量减少了14%～45%，转基因烟草株成熟木质部细胞的外壳周长和容器腔周长分别下降了2.7%、16.3%、14.0%、19.7%和9%、10.7%。结果表明，UGDH可能是合成戊糖的关键酶，本研究旨在探讨UGDHⅠ在苎麻中的遗传功能，构建干扰区、反义区和感官表达区，并将其转化为根癌农杆菌介导的模式植物烟草（ws38）。结果表明，在反义和干扰转基因植株中，茎段和叶段细胞结构相对疏松，基本组织细胞间隙扩大；相反，UGDH基因过表达的转基因植株中存在这种现象，表明：UGDH基因在苎麻半纤维素和果胶合成中起着关键作用[32]。4.糖基转移酶作用4.1抗氧化人们已经在多种糖基转移酶中发现衍生物，还原酮和类黑精具有抗氧化性。氧化活性受多种因素的影响，包括反应物类型和浓度，加热模式，初始pH值，温度，反应时间等。MRPs的这种生物活性是由于其羟基和吡咯基团的电子转移活性以及还原酮的供氢能力可以终止自由基链反应。也有人指出，MRPs可以通过金属螯合和活性氧捕获能力来表现其抗氧化作用[33]。溶菌酶-瓜尔胶结合物还原力的增加归因于结合物的电子提供能力和热诱导蛋白变性。已经发现类黑精具有阴离子性质，可以通过氮原子螯合金属离子。同时，类黑精中的吡啶酮或吡喃酮能够供应例如羟基和酮基等螯合供体。4.2乳化有研究表明，葡萄糖与大豆分离蛋白（SPI）在干热条件下糖基化可以增强蛋白质的乳化能力。然而，在湿法加热过程中，SPI与果糖和木糖结合会降低其乳化活性[34]，这表明不同的加热方式和糖类型以及反应条件给蛋白质赋予不同的功能特性。据报道，蛋白质的疏水性和柔韧性是决定其功能特性的最重要的结构因素，例如乳化和起泡能力[35]。已发现表面疏水性和柔韧性与糖基化SPI的乳化活性和乳液稳定性之间存在很强的正相关性。美拉德反应可能破坏SPI的刚性结构并增加其柔韧性，从而使SPI能迅速被吸附在界面上。通常，在酸性，高离子强度和高温条件下，与仅由蛋白质稳定的乳液相比，糖基化产物稳定的乳液具有更高的稳定性。因此，糖基化蛋白可以在食品系统中用作有效的乳化剂。糖基转移酶有多种催化体系，如过量的糖基转移酶、环化酶和低水解酶等，它们可以改变天然淀粉的分子结构，改善淀粉的理化性质。糖基转移酶可增加淀粉酶侧链长度的分布，低聚合度的短支链（dp1-8）和高聚合度的长支链（DP>19）的数目，同时淀粉凝集素簇的主链被水解并易于连接，少量具有不同聚合度的环状葡聚糖[36]。糖基转移酶对淀粉分子结构的这种转化将导致淀粉的凝胶化温度降低，淀粉透明度增加，从而修正淀粉凝胶的纺织指数和老化问题。而Wooster和Augustin（2006）[37]研将低分子量（18.5kDa）和高分子量（440kDa）葡聚糖在60°C和76％RH下与β-Lg糖基化反应150小时。麦芽糊精稳定的O/W乳液的热稳定性和冻融稳定性。与酪蛋白酸盐稳定的乳液相比，缀合物（粗产物和通过阴离子交换色谱法纯化）产生的乳液具有增强的储存和冻融稳定性，这归因于未缀合的麦芽糊精在连续相中的增稠作用以及缀合物在界面形成生物聚合膜的能力。5.总结糖基转移酶是植物多糖代谢途径中的关键酶，尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-GLC）脱氢生产UDP-葡萄糖醛酸苷（UDP-glucoranide，UDP-gluca）的glycelltransferase催化剂。UDP-gluca是半纤维素和果胶生物合成的前体，在植物组织器官发育中起着重要作用。植物细胞壁的主要组成物质，例如半纤维素及果胶，这些物质对植物的成长发育及形成有着重要影响作用。真菌具有丰富的物种多样性，在糖基转移酶的催化中也出现了不同的功能与作用，但因为真菌的类型较为丰富，对具体糖基转移酶的针对性研究还有待进一步增加。参考文献GanttRW,Pettier-PainP,ThorsonJS.Enzymaticmethodsforglyco(diversification/randomization)ofdrugsandsmallmolecules[J].Naturalproductreports,2011,28(11):1811-1853.PickA,MiillerH,MayerR,etal.Structure-activityrelationshipsofflavonoidsasinhibitorsofbreastcancerresistanceprotein(BCRP)[J].Bioorganic&medicinalchemistry,2011，19(6):2090-2102.XiaoJ,MuzashviliTS,GeorgievMI.Advancesinthebiotechnologicalglycosylationofvaluableflavonoids[J].Biotechnologyadvances,2014,32(6):1145-1156.HoferB.RecentdevelopmentsintheenzymaticO-glycosylationofflavonoids[J].Appliedmicrobiologyandbiotechnology;2016,100(10):4269-281.KrknenA,FrySC.NovelcharacteristicsofUDP-glucosedehydrogenaseactivitiesinmaize:non-involvementofalcoholdehydrogenasesincellwallpolysaccharidebiosynthesis[J].Planta,2006,223(4):858-870.Sharples,SC,Fry,SC.RadioisotoperatiosdiscriminatebetweencompetingpathwaysofcellwallpolysaccharideandRNAbiosynthesisinlivingplantcells[J].ThePlantJournal,2007,52(2):252-262.RE,Campbell,SC,Mosimann,I,vanDeRijn,ME,Tanner,NC,Strynadka.ThefirststructureofUDP-glucosedehydrogenaserevealsthecatalyticresiduesnecessaryforthetwo-foldoxidation.[J].Biochemistry,2000,39(23):7012-23.M,Portolés,KB,Kiser,N,Bhasin,KH,Chan,JC,Lee.StaphylococcusaureusCap5OhasUDP-ManNAcdehydrogenaseactivityandisessentialforcapsuleexpression.[J].Infectionandimmunity,2001,69(2):917-23.ChristopherF,Snook,PeterA,Tipton,LesaJ,Beamer.CrystalstructureofGDP-mannosedehydrogenase:akeyenzymeofalginatebiosynthesisinP.aeruginosa.[J].Biochemistry,2003,42(16):4658-68.TanQi,AiQing,XuQi,LiFang,YuJialin.PolymorphonuclearLeukocytesorHydrogenPeroxideEnhanceBiofilmDevelopmentofMucoidPseudomonasaeruginosa.[J].Mediatorsofinflammation,2018,13(2)：15-16.KohlbergerMichael,ThalhamerTheresa,WeissRichard,TenhakenRaimund.ArabidopsisMAP-Kinase3PhosphorylatesUDP-GlucoseDehydrogenase:aKeyEnzymeProvidingUDP-SugarforCellWallBiosynthesis.[J].Plantmolecularbiologyreporter,2018,36(5):11-12.Strominger,J.L.,H.M.Kalckar,J.AxelrodandE.S.Enzymaticoxidationofuridinediphosphateglucosetouridinediphosphateglucuronicacid[J].Am.Chem.Soc.1954,76:6411-12.TenhakenR,ThulkeO.Cloningofanenzymethatsynthesizesakeynucleotidesugarprecursorofhemicellulosebiosynthesisfromsoybean:UDP-glucosedehydrogenase[J].PlantPhysiology,1996,112,1127-1134.KarkonenA,MurigneuxA,MartinantJ,etal.UDP-glucosedehydrogenasesofmaize:aroleincellwallpentosebiosynthesis[J].Biochem,2005,391:409-415.JohanssonH,SterkyF,AminiB.MolecularcloningandcharacterizationofacDNAencodingpoplarUDP-glucosedehydrogenase,akeygeneofhemicellulose/pectinformation.BiochimBiophysActa,2002,1576:53-58LIUFeng1,HUANGYu2,GUOQing-quan1,ZHANGXue-wen2,LILiang-yong3,DENGJing2,XIELing-ling1CloningandExpressionofUDP-glucoseDehydrogenase(UDPGDH)cDNAinRamie[J].ScientiaAgriculturaSinica2008,(11)::36-37.PangCY,WangH,PangY,etal.ComparativeproteomicsindicatesthatbiosynthesisofpecticprecursorsisimportantforcottonfiberandArabidopsisroothairelongation[J].Molecular&CellularProteomics,2010,9(9):2019-2033.罗星荣.糖基转移酶工程菌催化井冈羟胺A糖基化的条件优化及其酶学性质研究[D].2014.赵如奎,吴剑荣,詹晓北,等.α环糊精葡萄糖基转移酶催化合成α熊果苷[J].生物加工过程,2015,000(004):36-41.周坤.糖苷酶与糖基转移酶催化转糖反应的特征与机理研究[J].中国科学院大连化学物理研究所,2013,1(32):65-67.房文霞.烟曲霉细胞壁交联酶的结构及催化机理研究[C]//第十二届中国酶工程学术研讨会.0.李欧.PaenibacilluselgiiB69胞外多糖结构