葡萄糖苷酶是糖苷水解酶大家族中的一大類酶，主要功能為水解葡萄糖苷鍵，釋放出葡萄糖作為產(chǎn)物，是生物體糖代謝途徑中不可或缺的一類酶。

中文名

葡萄糖苷酶

外文名

Glucosidase

編號

EC 3.2.1.20-EC 3.2.1.21

類型

水解酶

別名

葡糖苷酶

催化殘基

Asp, Glu

特征產(chǎn)物

葡萄糖

酶簡介

葡萄糖苷酶是糖苷水解酶（EC 3.2.1）[1]中的一大類酶，因其可以通過水解葡萄糖苷鍵并釋放出一分子葡萄糖而得名。

來源與分布

葡萄糖苷酶來源廣泛，幾乎所有以碳水化合物為能源的具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物體內(nèi)都有所存在。根據(jù)具有糖類活性的酶數(shù)據(jù)庫（Carbohydrate-Active enZYmes Database，CAZy）依據(jù)蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的同源性與功能的相似性所進(jìn)行的歸類，可將現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的糖苷水解酶分為133個(gè)糖苷水解酶家族（GH1~GH133），其中，葡萄糖苷酶主要分布在GH1、GH3、GH4、GH5、GH9、GH13、GH17、GH30、GH31、GH63、GH97、GH116與GH122等糖苷水解酶家族中。

分類

根據(jù)水解方式分類

根據(jù)不同葡萄糖苷酶對寡糖底物的水解方式，可將其分為外切（exo-）葡萄糖苷酶與內(nèi)切（endo-）葡萄糖苷酶。外切葡萄糖苷酶是指從寡糖底物的一端（還原端或非還原端）進(jìn)行水解的葡萄糖苷酶，而內(nèi)切葡萄糖苷酶則是指從寡糖底物的中間部分開始水解的葡萄糖苷酶。

根據(jù)水解糖苷鍵的類型分類

由于葡萄糖苷鍵的成鍵方式分為α-型與β-型兩種，因此，其所對應(yīng)的葡萄糖苷酶分別被稱為α-葡萄糖苷酶與β-葡萄糖苷酶。

根據(jù)CAZy的具體分類，α-葡萄糖苷酶主要分布于GH4、GH13、GH31、GH63、GH97以及GH122六個(gè)家族中；而β-葡萄糖苷酶主要分布于GH1、GH3、GH5、GH9、GH17、GH30、GH116等七個(gè)家族中。

根據(jù)水解前后葡萄糖

分子的構(gòu)型

分類

根據(jù)比較水解前后，被水解掉的葡糖基中異頭碳的構(gòu)型是否發(fā)生改變，可將葡萄糖苷酶分為保留型葡萄糖苷酶與翻轉(zhuǎn)型葡萄糖苷酶。前者在水解過程前后，葡糖基的異頭碳構(gòu)型不發(fā)生改變；而后者則會使底物異頭碳的構(gòu)型發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

主要催化機(jī)理

保留型酶的“兩步法”機(jī)制

糖苷水解酶的兩步法催化機(jī)理

大多數(shù)葡萄糖苷酶都是保留型葡萄糖苷酶，其催化機(jī)理通常都遵循“兩步法”機(jī)制。

第一步：作為親核基團(tuán)的羧基負(fù)離子親核進(jìn)攻糖苷鍵上的異頭碳，同時(shí)作為廣義酸堿對的另一個(gè)催化羧基上的氫與糖苷鍵上的氧原子形成氫鍵，第一次形成含氧碳正離子樣過渡態(tài)（Oxocarbenium-like transition state）。經(jīng)過鍵的形成有斷裂，糖基分子的異頭碳構(gòu)型發(fā)生第一次翻轉(zhuǎn)，并與親核羧基形成酯鍵，生成糖基-酶共價(jià)中間體，同時(shí)釋放出一分子糖配基。

第二步：糖基受體分子的活性羥基氫與發(fā)生解離的廣義酸堿對羧基離子相互作用，同時(shí)受體分子的活性羥基氧親核進(jìn)攻糖基-酶共價(jià)中間體中糖基分子的異頭碳，再次形成含氧碳正離子樣過渡態(tài)，最終使得異頭碳構(gòu)型發(fā)生第二次翻轉(zhuǎn)，并與受體羥基氧形成共價(jià)鍵，完成反應(yīng)。

翻轉(zhuǎn)型酶的差異

在翻轉(zhuǎn)型葡萄糖苷酶中，由于催化殘基與底物之間的距離跟保留型酶的有所不同，導(dǎo)致受體分子從相反的方向進(jìn)攻異頭碳，不發(fā)生異頭碳的構(gòu)型的二次翻轉(zhuǎn)，從而生成不同構(gòu)型的產(chǎn)物。

受體分子決定反應(yīng)類型

由于葡萄糖苷酶的催化機(jī)理，大多數(shù)葡萄糖苷酶都具有轉(zhuǎn)糖苷活力。當(dāng)受體分子為活性水分子時(shí)，酶表現(xiàn)出水解酶活力；當(dāng)受體分子為帶有羥基的非水分子時(shí)，酶表現(xiàn)出轉(zhuǎn)糖苷活力。

作用

葡萄糖苷酶是生物體內(nèi)糖代謝途徑中的重要成員之一。β-葡萄糖苷酶可以參與纖維素的代謝以及多種生理生化途徑，α-葡萄糖苷酶更是直接參與淀粉及糖原的代謝途徑。這類酶的功能發(fā)生異常會導(dǎo)致出現(xiàn)代謝類的疾病，同時(shí)這類酶也是多種藥物與抑制劑的作用靶點(diǎn)，用以調(diào)節(jié)人體內(nèi)的糖化學(xué)代謝。

應(yīng)用

葡萄糖苷酶因?yàn)槠涮匦?，主要?yīng)用于兩個(gè)方面

纖維素的水解與利用：主要涉及各種β-葡萄糖苷酶與纖維素水解相關(guān)酶類，目的即將難溶的纖維素變?yōu)榭扇艿?、易于利用的小分子寡糖?/p>

功能性低聚糖的合成：主要涉及葡萄糖苷酶的轉(zhuǎn)糖苷活力，目的即通過具有轉(zhuǎn)苷活力的葡萄糖苷酶合成功能性低聚葡聚糖、低聚麥芽寡糖、低聚纖維寡糖等可以作為益生元的功能性糖類。