渗透剂分子产率高达98%，根特大学团队发现新型糖苷磷酸化酶

通常情况下，恶劣的环境条件可能会使细胞、蛋白质以及大分子的结构被破坏。此种情况下，具备“防御”作用的渗透剂分子可以协助抵抗外界损害。鉴于该类分子所起到的稳定作用，其常被用作各种化妆品和保健产品中的活性成分。

天然的渗透剂可以由微生物生产制造，例如 2-O-α-D-葡萄糖基-D-甘油酸酯，在其代谢途径和生物催化合成过程中，糖苷磷酸化酶扮演了重要角色。

1 月 4 日，来自比利时根特大学的研究团队报道了来自于碳水化合物活性酶家族 GH13 的新型糖苷磷酸化酶 XpGP。XpGP 不仅能够使用葡萄糖基作为反应供体，其对于蔗糖也有活性，这与已知那些“严格”的葡萄糖基甘油酸磷酸化酶形成鲜明对比。

研究团队通过进一步研究表明，该酶可提供高产并且快速的催化作用，其合成 2 -O-α-d-葡萄糖基-d-甘油酸酯产率最高可达 98%。相关论文High-yield synthesis of 2-O-α-D-glucosyl-D-glycerate by a bifunctional glycoside phosphorylase已发表于Applied Microbiology and Biotechnology。

（来源：Applied Microbiology and Biotechnology）

由于碳水化合物在自然界和工业中发挥着至关重要的作用，新型碳水化合物活性酶（CAZymes）引起了广泛关注。其中，糖苷磷酸化酶（GPs）是一种极具应用潜力的碳水化合物活性酶，常用于多糖和寡糖的合成。

该类酶通常起到磷酸解的作用，也就是利用磷酸分子裂解糖苷键形成 1-磷酸糖。此外，由于糖苷键和释放所得的 1-磷酸糖的糖基磷酸键自由能大致相等，GPs 也可以进行反向磷酸解反应，也就是将 1-磷酸糖中的糖基部分转移到受体上，从而合成碳水化合物。

部分早期研究发现，糖苷水解酶 GH13 家族的第 18 亚家族（GH13_18）中包括多种新型的特异性 GPs。对此，研究团队针对 GH13_18 亚家族基因序列进行了全面搜索，试图寻找在特异性活性位点上具备不同序列的酶。

研究发现，GH13_18 亚家族中的蛋白质序列包含一小段特异性残基，可用于区分各类已知的不同 GP 功能。这种特异性序列位于青春双歧杆菌（BaSP）蔗糖磷酸化酶的 342-345 位，在此之后，经过多序列比对搜索发现，Xylanimonas protaetiae糖苷磷酸化酶（XpGP）中也含有这种 LPHQ 基序。

▲图丨GH13_18 中的特异性序列位置（来源：Applied Microbiology and Biotechnology）

由于 LPHQ 序列的存在，XpGP 与此前表征的磷酸化酶的作用不同。根据动力学数据来看，在序列位 L342D 和 Q345A 的特异性序列对于 XpGP 与 d-甘油酸之间的亲和力具有重要影响。也就是说，XpGP 对于蔗糖和 d-甘油酸均表现出活性，因此研究者认为其可能取代当前普遍使用的糖基转移酶，成为更合适的反应催化剂。

为了证实这一点，研究团队将 XpGP 与等摩尔量的蔗糖和 d-甘油酸（300 mM）一起孵育，反应 4 小时 2-O-α- D-葡萄糖基-D-甘油酸酯的产率为 92%。与之相比，来自肠膜明串珠菌的蔗糖磷酸化酶（LmSP）在同等浓度下的 d-甘油酸转化率不超过 60%。

甚至在没有任何糖基受体的情况下，XpGP 水解蔗糖的速率为 0.57±0.04U/mg，略高于 LmSP 的 0.30±0.13U/mg 数据。此外，XpGP 的糖基转移反应速率也更快。

进一步研究发现，在蔗糖摩尔量过量 1.33 倍的情况下，XpGP 催化反应的 2-O-α-D-葡萄糖基-D-甘油酸酯产率高达 98%。也就是说，XpGP 在低浓度的 d-甘油酸条件下能够提供更高的蔗糖水解效率。

▲图丨XpGP 催化蔗糖和 d-甘油酸合成 2-O-α-D-葡萄糖基-D-甘油酸酯（来源：Applied Microbiology and Biotechnology）

以往的研究让人们以为，蔗糖磷酸化酶也能够参与葡萄糖基甘油酸代谢。然而事实上，蔗糖磷酸化酶是一类高度混杂的酶，其能够与许多替代分子表现出较低的糖基转移活性。相比之下，葡萄糖基甘油酸磷酸化酶具有极高的特异性，其仅针对葡萄糖基进行反应。

与上述酶类相比，XpGP 似乎结合了混杂的蔗糖磷酸化酶与严格的葡萄糖基甘油酸磷酸化酶的特性，特别是 XpGP 催化的蔗糖与 d-甘油酸反应具有快速、高产的显著优势。另一方面，研究者对于 XpGP 中的特异性序列进行了动力学表征，这些发现或将有助于推动实用生物技术路线的进一步发展。

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