日本的一组研究人员从土壤真菌中发现了一种新型酶。在《生物化学杂志》上发表的研究中,他们推测这种酶在土壤生态系统中起着重要的作用,然后描述了其结构和作用。一旦将来更好地了解了该酶主要产物的用途,该酶也可用于工业目的。
研究人员指出:“我们的研究揭示了仍然在发现新酶的事实。它可能为进一步研究鉴定产生碳水化合物的新酶奠定基础,这些酶曾经被认为很难制备。”
碳水化合物可能是地球上用途最广泛的有机分子,因为它们在生物中扮演着各种角色。因此,与碳水化合物有关的酶的功能和结构是多种多样的。糖苷水解酶(GHs)是破坏碳水化合物或糖中“糖苷键”的酶。GH是已知的与碳水化合物有关的酶的最大类别,并且该类别还在不断扩大。过去,同一研究小组从土壤细菌Chitinophaga pinensis鉴定出一个新家族GH144,称为CpSGL。
内切酶1,2,-葡β聚糖酶(SGL)是GH家族的成员,参与了-1,2-葡聚糖的代谢,这β是由-1,2-连接的多糖(糖链)组成葡β萄糖单位。β-1,2-葡聚糖是一种细胞外碳水化合物,在某些细菌的共生或传染性中起重要作用。但是,尚不完全了解SGL在真核细胞中的作用及其与细菌SGL的关系。
由来自不同大学和研究所的日本科学家组成的小组,在中岛正宏(Masahiro Nakajima)领导的一项合作项目中工作,他们从土壤真菌(Talaromyces funiculus)中发现了一种新型SGL酶。该酶以下称为TfSGL,与其他已知的GH家族没有明显的序列相似性。但是,它与功能未知的其他真核蛋白显示出显着相似性。因此,研究人员建议将TfSGL和这些相关的GH酶归为一个新家族,称为GH162。
通常,当科学家发现一种新型蛋白质(在这种情况下是一种酶)时,他们会进一步克隆包含编码该蛋白质的序列的基因,以更好地了解其功能。该克隆被称为“重组”序列。发现重组TfSGL蛋白(TfSGLr)将直链和环状-1,2-葡聚糖分解为槐糖,槐糖β是一种更简单,更小的碳水化合物。
这些研究人员进行的立体化学分析表明,它是一种转化酶,其特性与其作用机理有关。他们发现,TfSGL以5或更高的β聚合度将槐糖寡糖(-1,2-葡糖寡糖)分解为主要产物二糖槐糖。
X射线晶体结构分析表明,TfSGLr的总体结构与前面提到的GH144家族的成员相似,特别是CpSGL。但是,这两种酶的氨基酸序列,底物识别位点和碱催化剂的位置都非常不同。这种差异表明TfSGL及其同源物可能组成一个新的家族,并且GH144和GH162之间可能存在分子进化关系。
实际上,大多数TfSGL同源物存在于真核生物中,尤其是真菌(Basidiomycota和Ascomycota)和粘液霉菌(Mycetozoa)。其中一些物种与根际和根际周围的生态系统的根际相关,其中环-1,2-葡聚糖的新陈代谢β可能是与植物这种共生关系的一部分。其他物种是寄生的,因此,据信环状-1,2-葡β聚糖可用于减少宿主的免疫反应。TfSGL同源物也被推测与其他生物相互作用。
这种新型酶TfSGL将-1,2-葡聚糖β分解为槐糖。中岛说:“随着将来槐糖的功能和应用变得越来越明显,该酶有可能被用于生产槐糖。β-葡聚糖已经在我们的生活中发挥了重要作用,因为它们已广泛用于生物燃料生产。
中岛总结说:“糖链的结构复杂多样,糖链也参与各种生命现象。这种多样的糖链结构的合成和降解是通过酶来进行的,但似乎只了解了多样性的一端。通过我们的研究,我们希望鉴定编码新颖酶的基因,这些酶分解糖链并产生曾经被认为极难制备的碳水化合物。”