Гликозил-гидролазы

Гликозилгидролазы (или гликозидазы) катализируют гидролиз гликозидных связей в молекулах углеводов, приводя к появлению двух более мелких молекул углеводов. Эти ферменты встречаются в клетках почти всех живых организмов. Гликозидазы выполняют множество разнообразных функций: деградация биомассы (например, целлюлозы и гемицеллюлозы), участие в антибактериальной защите организма (например, лизоцим), развитие патогенеза (например, вирусные нейраминидазы), клеточный биосинтез (например, маннозидазы, вовлечённые в созревание N-гликозилированных гликопротеинов). Гликозидазы вместе с гликозилтрансферазами образуют основу биологического аппарата синтеза и разрушения гликозидных связей.

Модель молекулы гликозидазы с пространственной структурой в виде (β/α)₈-бочонка

Модель молекулы гликозидазы с пространственной структурой в виде шестилопастного β-пропеллера

Классификация

Гликозилгидролазы объединены в КФ 3.2.1 как ферменты, катализирующие гидролиз O- или S-гликозидов. Все гликозидазы имеют номера КФ 3.2.1.x, при этом x может быть от 1 до 165 в зависимости от субстратной специфичности фермента. На основе молекулярного механизма катализируемой ими реакции гликозидазы могут быть разбиты на две группы. Представители одной из них обращают (inverting), а другой — сохраняют (retaining) путём двойного обращения аномерную конфигурацию субстрата у продукта реакции гидролиза^[1]. Гликозилгидролазы также могут быть классифицированы как экзо- или эндо-действующие, в зависимости от того, действуют ли они соответственно на концевой или внутренний моносахаридный остаток в углеводной цепи. Более современные классификации гликозилгидролаз основаны на сравнении их аминокислотных последовательностей. Такие классификации обладают большой предсказательной силой в отношении возможных биохимических активностей неисследованных ферментов с недавно определёнными последовательностями. Впервые классификация всех известных на тот момент последовательностей гликозидаз была предложена в 1991 году^[2]. Близкородственные белки было предложено группировать в семейства. Впоследствии эволюционно родственные семейства стали объединять на более высоком иерархическом уровне в кланы^[3]. Такая двухуровневая классификация в настоящее время доступна на сайте CAZy:

Недавние исследования позволили на основе двухуровневой классификации создать многоуровневую (иерархическую) классификацию гликозилгидролаз и их гомологов^[4][5]:

Номенклатура

Большинство гликозилгидролаз получили свои названия по основному субстрату. Наряду с этими названиями часто также используются и названия, данные по отщепляемому углеводному остатку. Для ряда гликозилгидролаз применяются тривиальные названия. Ниже для примера приведены названия некоторых гликозидаз и соответствующие К. Ф. номера:

• 4-α-глюканотрансфераза (К. Ф.2.4.1.25)
• α-амилаза (К. Ф.3.2.1.1)
• β-амилаза (К. Ф.3.2.1.2)
• глюкоамилаза (К. Ф.3.2.1.3)
• целлюлаза (К. Ф.3.2.1.4)
• β-ксиланаза (К. Ф.3.2.1.8)
• изомальтаза (К. Ф.3.2.1.10)
• хитиназа (К. Ф.3.2.1.14)
• лизоцим или мурамидаза (К. Ф.3.2.1.17)
• нейраминидаза (К. Ф.3.2.1.18)
• кислая α-глюкозидаза или мальтаза (К. Ф.3.2.1.20)
• β-глюкозидаза (К. Ф.3.2.1.21)
• α-галактозидаза или мелибиаза (К. Ф.3.2.1.22)
• β-галактозидаза или лактаза (К. Ф.3.2.1.23)
• α-маннозидаза (К. Ф.3.2.1.24)
• β-фруктозидаза или сахараза или инвертаза (К. Ф.3.2.1.26)
• трегалаза (К. Ф.3.2.1.28)
• β-глюкуронидаза (К. Ф.3.2.1.31)
• амило-α-1,6-глюкозидаза (К. Ф.3.2.1.33)
• гиалуронидаза (К. Ф.3.2.1.35)
• гиалуронидаза (К. Ф.3.2.1.36)
• пуллуназа (К. Ф.3.2.1.41)
• глюкоцереброзидаза (К. Ф.3.2.1.45)
• галактозилцерамидаза (К. Ф.3.2.1.46)
• сахараза (К. Ф.3.2.1.48)
• α-N-ацетилгалактозаминидаза (К. Ф.3.2.1.49)
• α-N-ацетилглюкозаминидаза (К. Ф.3.2.1.50)
• α-L-фукозидаза (К. Ф.3.2.1.51)
• гексоаминидаза (К. Ф.3.2.1.52)
• 1,2-α-L-фукозидаза (К. Ф.3.2.1.63)
• α-L-идуронидаза (К. Ф.3.2.1.76)
• 6-фосфо-β-галактозидаза (К. Ф.3.2.1.85)
• 6-фосфо-β-глюкозидаза (К. Ф.3.2.1.86)
• эндо-альфа-N-ацетилгалактозаминидаза (К. Ф.3.2.1.97)
• стриктозидин-β-глюкозидаза (К. Ф.3.2.1.105)
• лактаза (К. Ф.3.2.1.108)
• 1,3-α-L-фукозидаза (К. Ф.3.2.1.111)
• 2-дезоксиглюкозидаза (К. Ф.3.2.1.112)
• 1,6-α-L-фукозидаза (К. Ф.3.2.1.127)
• α-глюкуронидаза (К. Ф.3.2.1.139)
• тиоглюкозидаза или мирозиназа (К. Ф.3.2.1.147)
• β-примеверозидаза (К. Ф.3.2.1.149)
• 1,6-α-D-маннозидаза (К. Ф.3.2.1.163)

Примечания

1. Sinnott, M. L. Chem. Rev. 1990, 90, 1171—1202.
2. Henrissat, B. Biochem. J. 1991, 280, 309—316.
3. Henrissat, B., Bairoch, A. Biochem. J. 1996, 316, 695—696.
4. Naumoff, D.G. Proceedings of the Fifth International Conference on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure. 2006, 1, 294—298.  (неопр.) Дата обращения: 17 января 2007. Архивировано 7 октября 2006 года.
5. Наумов Д.Г. Биохимия. 2011, 76, 764–780.  (неопр.) Дата обращения: 9 июня 2011. Архивировано 31 декабря 2013 года.