В настоящее время гликозидные гидролазы используются при изучении получения разнообразных активных гликозидов и агликонов. Среди них ферментативное получение гликозидов сапонинов и флавоноидов в оксигликозидах является наиболее обширным. После многолетних усилий исследователей гликозид-гидролаза достигла многих приятных результатов в получении активных гликозидов и агликонов.
1. Биотрансформация флавоноидных гликозидов
Флавоноиды — полифенолы, широко распространенные в растениях, в основном в форме гликозидов. Исследования показали, что флавоноиды с биологической активностью являются наиболее важными активными ингредиентами в съедобных растениях и обладают множеством фармакологических действий, таких как защита печени, антиоксидация, противоопухолевое и антивирусное действие, а их активность тесно связана со структурой. Поскольку большинство флавоноидных гликозидов с трудом проникают в кровь через стенку тонкого кишечника, а их биодоступность низка, структурная модификация природных флавоноидов стала горячей точкой в современных исследованиях. Использование гликозид-гидролаз для гидролиза гликозильных групп флавоноидных гликозидов стало эффективным способом повышения активности флавоноидов (табл. 1). К распространенным флавоноидным гликозидам относятся рутин, гесперидин и нарингин, а их сахарные молекулы обычно представляют собой рутин (α-1,6 связанная рамноза и глюкоза) и новую гесперозу (α-1,2 связанная рамноза и глюкоза), поэтому гликозидная гидролаза гидролизует их модификацию, в основном включающую два вида экзо- и эндо-расщепления. Из Aspergillus niger и Aspergillus nidulans была выделена и очищена α-рамнозидаза, которая может гидролизовать α-1,2 и α-1,6 рамнозидные связи. Этот фермент может гидролизовать рутин, нарингин и гесперидин, соответственно образуя изокверцетин, плюмозид и глюкозид гесперетина. Рекомбинантная α-рамнозидаза, клонированная из Aspergillus aculeatus и Clostridium stercorarium, также обладает активностью по гидролизу рамнозы во флавоноидных гликозидах. Для гидролиза трех вышеупомянутых флавоноидных гликозидов, помимо экзогликозидаз, эндогликозидазы также имеют большое количество исследовательских отчетов. Дигликозидаза, выделенная и очищенная из Penicillium rugulosum, Penicillium decumben[ и Fagopyri herba, а также рекомбинантная рутиназа, клонированная из Aspergillus niger, могут гидролизовать рутин для получения кверцетина с лучшей антиоксидантной активностью. Нарингиназа может быть выделена и очищена из Aspergillus niger BCC 25166, которая может гидролизовать нарингин с получением нарингина. Нарингиназа из Aspergillus niger 1344 может одновременно гидролизовать нарингин и рутин с получением нарингина соответственно. Юань и кверцетин, но гесперидин не может быть гидролизован. Дигликозидаза в Acremonium sp. DSM24697 и Actinoplanes missouriensis может гидролизовать новый гесперидин в гесперидине с получением высокоактивных продуктов гесперетина.
Таблица 1. Биотрансформация флавоноидных гликозидов с помощью гликозидаз
| Product | Substrate | Reaction | Organism |
| Isoquercitrin, Prunin, | Rutin, Naringin, | α-Rhamnosidase | Aspergillus niger |
| Hesperetin glucoside | Hesperidin | α-Rhamnosidase | Aspergillus nidulans |
| α-Rhamnosidase | Aspergillus aculeatus | ||
| α-Rhamnosidase | Clostridium stercorarium | ||
| Quercetin | Rutin | β-Rutinosidase | Penicillium rugulosum |
| Quercetin | Rutin | β-Glycosidase | Penicillium decumbens |
| Quercetin | Rutin | β-Heterodisaccharidase | Fagopyri herba |
| Quercetin | Rutin | β-Rutinosidase | Aspergillus niger |
| Naringenin | Naringin | Naringinase | Aspergillus niger |
| Naringenin, Quercetin | Naringin, Rutin | Naringinase | Aspergillus niger |
| Hesperetin | Hesperidin | Diglycosidase | Acremonium |
| Hesperetin | Hesperidin | Diglycosidase | Actinoplanes missouriensis |
| Daidzein | Daidzin | β-Glucosidase | Unculturable microbes |
| Daidzein | Daidzin | β-Glucosidase | Sulfolobus solfataricus |
| Daidzein | Daidzin | β-Glucosidase | Aspergillus oryzae |
| Daidzein | Daidzin | β-Glucosidase | Pyrococcus furiosus |
| Daidzein, Genistein | Daidzin, Genistin | β-Glucosidase | Bacillus subtilis |
| β-Glucosidase | Thermotoga maritima | ||
| Daidzein, Genistein, | Daidzin, Genistin, | β-Glucosidase | Dalbergia |
| Glycitein | Glycitin | β-Glucosidase | Bacteroides thetaiotaomicron |
| Baicalein | Baicalin | β-Glucuronidase | Scutellaria viscidula |
| Tilianin | Linarin | Naringinase | Penicillium decumbens |
| Butin | Butrin | β-Glucosidase | Almond |
| Phloretin | Phlorizin | β-Glycosidase | Sheep small intestine |
Изофлавоны — это разновидность флавоноидов, которые в основном содержатся в бобовых культурах и способствуют профилактике заболеваний и укреплению здоровья человека. Основными компонентами изофлавонов сои являются дайдзеин, дайдзеин, генистин, генистеин, глицитеин и агликон глицитеина, среди которых дегликозилированный агликон обладает лучшей биологической активностью. Рекомбинантная β-глюкозидаза, способная гидролизовать дайдзеин для получения дайдзеина, была клонирована из библиотеки генов мангровой почвы, Sulfolobus solfataricus, Aspergillus oryzae и Pyrococcus furiosus; рекомбинантная β-глюкозидаза, клонированная из Thermotoga maritima и Bacillus subtilis Enzymes, может гидролизовать дайдзеин и генистеин для получения дайдзеина и генистеина; гликозидаза, выделенная и очищенная из Dalbergia и клонированная и рекомбинированная из Bacteroides thetaiotaomicron, может гидролизовать дайдзеин, генистин и дайдзеин с получением дайдзеина, генистеина и агликона глицитеина.
Гликозид-гидролаза также была зарегистрирована и использовалась для гидролиза других флавоноидных гликозидов (табл. 1). Исследования показали, что байкалин обладает противоопухолевым и противоинфекционным действием. β-глюкозидаза, выделенная и очищенная из Scutellaria viscidula Bge, может гидролизовать байкалин с получением байкалеина. Дегликозилированный продукт, байкалеин, обладает лучшей фармакологической активностью. Серимарин также является редким флавоноидным гликозидом с антигипертензивной и седативной активностью, но его трудно получить путем прямой экстракции и химического синтеза. Куи и др. использовали нарингиназу для гидролиза рамнозы в монтанозиде, чтобы получить серимарин. Кроме того, Джасби и др. использовали β-глюкозидазу для гидролиза бутрина с целью получения бутрина. Результаты антиоксидантных экспериментов показали, что дегликозилированный бутрин обладает лучшей активностью, чем бутрин. Дей и другие гликозидазы, выделенные и очищенные из тонкого кишечника овец, могут гидролизовать флуоризин с получением флуретина.
2. Биотрансформация других оксигликозидов
Помимо сапонинов и флавоноидных гликозидов, гликозидные гидролазы также использовались для гидролиза и модификации других кислородных гликозидов (табл. 2). Плоды гардении — традиционное китайское лекарство, используемое для лечения сердечно-сосудистых, цереброваскулярных заболеваний, болезней печени и желчного пузыря. В плодах гардении много генипозида, но эффективным ингредиентом является генипозид, который является дегликозилированным продуктом генипозида, и его содержание составляет менее 0,01 %. β-глюкозидаза, выделенная и очищенная из Penicillium nigricans и Aspergillus niger, может быть преобразована в генипозид для получения генипина, чтобы удовлетворить спрос на большое количество генипина. Arctium lappa обладает эффектом предотвращения или лечения хронической почечной недостаточности, а его эффективными ингредиентами являются арктиин и арктигенин. β-глюкозидаза в Grifola frondosa и Rhizoctonia solani может трансформировать лопух для получения арктигенина. Лю и др. использовали коммерческую β-глюкозидазу для полного гидролиза плодов лопуха с получением агликона лопуха. Преобразование арктиина в арктигенин может эффективно улучшить биодоступность. Ресвератрол обладает функциями предотвращения опухолей и атеросклероза. β-глюкозидаза, выделенная и очищенная из Aspergillus oryzae sp. 100 и Lactobacillus kimchi, а также рекомбинантная β-глюкозидаза, клонированная из метагенома мангровой почвы Mai et al. Глюкозидаза может преобразовывать полидатин для получения ресвератрола. Паклитаксел является вторичным метаболитом растения Taxus chinensis и обладает хорошим терапевтическим эффектом при раке яичников и раке молочной железы. Сухой вес паклитаксела в Taxus chinensis составляет всего 0,02%, а содержание 7-ксилозы-10-деацетилпаклитаксела, выбрасываемого в качестве отходов, более чем в 10 раз превышает содержание паклитаксела. Dou et al. использовали внеклеточную ксилозидазу, выделяемую штаммом F16 Cellulosimicrobium cellulans, для превращения 7-ксилозы-10-деацетилпаклитаксела в 10-деацетилпаклитаксел, а затем через одностадийную реакцию ацилирования для получения паклитаксела.
Таблица 2. Биотрансформация других О-гликозидов с помощью гликозидаз
| Product | Substrate | Reaction | Organism |
| Genipin | Geniposide | β-Glucosidase | Penicillium nigricans |
| Genipin | Geniposide | β-Glucosidase | Aspergillus niger |
| Arctigenin | Arctiin | β-Glucosidase | Grifola frondosa |
| Arctigenin | Arctiin | β-Glucosidase | Rhizoctonia solani |
| Arctigenin | Arctiin | β-Glucosidase | Commercial |
| Resveratrol | Polydatin | β-Glucosidase | Aspergillus oryzae |
| Resveratrol | Polydatin | β-Glucosidase | Lactobacillus kimchi |
| Resveratrol | Polydatin | β-Glucosidase | Unculturable microbes |
| 10-Deacetylpaclitaxel | 7-Xylosyl-10-deacetylpaclitaxel | β-Xylosidase | Cellulosimicrobium cellulans |
3. Биотрансформация углеродных гликозидов и тиогликозидов
Помимо оксигликозидов, при изучении гидролизной модификации углеродных гликозидов и тиогликозидов используются гликозидные гидролазы (табл. 3). Карбоновые гликозиды образуются в результате дегидратационной конденсации орто- или пара-положения водорода, активированного фенольной гидроксильной группой агликона, с сахарными группами. Карбозидные флавоноиды обладают множеством активностей, таких как противовоспалительная, антибактериальная, противоопухолевая, снижающая уровень сахара в крови и повышающая иммунитет. По сравнению с оксозидными флавоноидами, карбозидные флавоноиды обладают большей стабильностью, могут полностью усваиваться и становиться потенциальными лекарственными молекулами. Поскольку углеродные гликозидные связи трудно поддаются гидролизу, существует мало сообщений о гидролизе углеродных гликозидных флавоноидов. Санугул и др. выделили бактерию из смеси бактерий фекалий человека, которая секретировала гликозидазу под действием мангиферина, способную гидролизовать углеродные гликозидные связи в мангиферине для получения мангиферина с лучшей активностью. Накамура и др. выделили штамм PUE из кишечных бактерий человека, из которого можно выделить и очистить карбогликозидазу, гидролизующую пуэрарин с получением агликона. При исследовании генов, кодирующих карбогликозидазу, Braune et al. обнаружили, что белковые гены dfgA, dfgB, dfgC, dfgD и dfgE в Eubacterium cellulosolvens экспрессируют карбогликозидазы, которые могут гидролизовать изоориентин с получением соответствующих агликонов.
Глюкозинолаты — важный класс глюкозинолатных соединений, которые широко распространены в крестоцветных растениях, таких как горчица, брокколи, чеснок и т. д. Исследования показали, что употребление крестоцветных растений может эффективно предотвратить рак груди, рак легких, рак толстой кишки и другие онкологические заболевания. Основным действующим веществом является изотиоцианат, образующийся после расщепления глюкозинолатов. Глюкозидаза, также известная как мирозиназа, в основном содержится в крестоцветных растениях, но она распределена в другом месте, чем глюкозинолаты. Только при разрушении клеток они смешиваются и вступают в реакцию. Из-за низкого содержания эндогенной мирозиназы трудно эффективно гидролизовать глюкозинолаты для получения активных продуктов. Сульфорафан — это изотиоцианат с фармакологической активностью. Shen et al. использовали экзогенную мирозиназу для успешного превращения глюкорафанина в сульфорафан. В настоящее время существует мало исследований, посвященных гидролитической модификации карбоновых гликозидов и тиогликозидов. В будущем разработка и структурная модификация большего количества углеродных гликозидов и тиогликозидов позволит получить больше молекул-кандидатов для разработки лекарств.
Таблица 3. Биотрансформация С-гликозидов и S-гликозидов гликозидазами.
| Product | Substrate | Reaction | Organism |
| Norathyriol | Mangiferin | C-glucosyl-cleaving enzyme | Bacteroides |
| Daidzein | Puerarin | C-glucosyl-cleaving enzyme | Human intestinal bacterium |
| Luteolin | Homoorientin | C-glucosyl-cleaving enzyme | Eubacterium cellulosolvens |
| Sulforaphane | Glucoraphanin | Myrosinase | Broccoli seeds |
Свяжитесь с нами сейчас!
Мы принимаем индивидуальные услуги, обычно мы свяжемся с вами в течение 24 часов. Вы также можете написать мне info@longchangchemical.com в рабочее время (с 8:30 до 18:00 UTC+8 пн.~сб.) или воспользоваться чатом на сайте, чтобы получить быстрый ответ.
Эта статья была написана отделом исследований и разработок Longchang Chemical. При копировании и перепечатке, пожалуйста, указывайте источник.