β-葡萄糖苷酶的结构及催化机理

1 β-葡萄糖苷酶的结构
按糖苷酶的氨基酸序列分，大多数β-葡萄糖苷酶属于糖苷酶族1，糖苷酶族1有明显的桶状结构。但是，也有一些β-葡萄糖苷酶属于糖苷酶族4，属于糖苷酶族4的β-葡萄糖苷酶往往要求在催化过程中有脱氢酶和辅助因子参与，有文献报道，6-磷酸-β-D-葡萄糖苷酶在催化过程中需要Mn2+和辅酶NAD+的参与。

2 β-葡萄糖苷酶的活性中心结构
有研究表明，β-葡萄糖苷酶中起催化作用的残基是两个谷氨酸残基。采用定点突变的方法证明，靠近N-端的谷氨酸是酸碱基团，另外一个是亲核基团。

3 β-葡萄糖苷酶的催化机理
对分别来自Agrobacterium和Pyrococcus furiosus的β-葡萄糖苷酶进行研究发现，两种来源的β-葡萄糖苷酶在催化反应时是按同一种反应机制进行的，即在催化水解糖苷键反应时都遵循双取代反应机制（Double Displacement Mechanism）。

其反应方程式如下：

在催化反应中，需要两个重要的氨基酸残基作为质子供体（Proton donor）和亲核基团（Nucleophile）。水解反应的基本过程可以分为3步：

第一步是酶与底物键合形成米氏复合物ES；

第二步是酶的亲核基团在酸碱催化（提供一个质子）帮助下，去攻击底物的糖苷键O原子，形成共价的糖基酶中间体E-S，在这个过程中，β-葡萄糖苷酶的活性中心可以根据不同类型的底物而相应发生一定程度的结构变化，使β-葡萄糖苷酶可以和多种糖类底物结合，这一步决定了β-葡萄糖苷酶具有的底物专一性；

第三步是酶底物过渡态的水解，酸或碱基团催化一个水分子攻击中间体E-S，与之反应，以切断糖苷键，释放β-糖基产物，并使酶恢复其初始的质子化态。
以上三步反应基本上可以解释β-葡萄糖苷酶的催化机理。但是不同族的β-葡萄糖苷酶在反应机理上又稍微有所不同，如糖苷酶族4，该族糖苷酶的催化反应过程需要二价金属离子和NAD+的参与，脱氢酶NAD(H)和底物通过与Mn2+的共价结合，三者形成“V”字形。底物在脱氢酶的作用下变成酮式结构，接着在酸催化和碱催化的作用下，酶与底物形成中间过渡态。最后由水分子攻击糖基酶中间体中糖基上的双键，同时底物酮式结构消失，β-糖基产物得到释放，此外NAD+得到再生。