Реакции, катализируемые циклодекстринглюканотрансферазой

Циклодекстринглюканотрансферазы (ЦГТазы) катализируют несколько типов биохимических трансформаций, характер и интенсивность которых зависит от генетической разновидности рассматриваемого фермента (рис.

концентрация ациклических продуктов в реакционной среде (глюкозы, мальтозы, мальтотриозы и др). Несмотря на множественность проявлений своего воздействия, ЦГТазы обладают лишь одним активным центром. Каталитическая «неразборчивость» воздействия объясняется специфи­кой молекулярного механизма акта трансгликозилирования, а также особенностями строения центра связывания фермента, обладающего широким сродством к самым разнообразным субстра­там. Почти все описанные реакции носят обратимый характер.

Реакция циклизации. Наиболее важной с практической точки зрения является реакция синтеза циклических декстринов (рис. 3, А). В результате обсуждаемого процесса, относящегося к внутри­молекулярному трансгликозилированию, крахмал превращается в циклические продукты. При циклизации происходит атака нередуцирующего конца молекулы крахмала. В этом отношении поведение фермента схоже с действием бета-амилазы, вследствие чего ЦГТазы относят к фермен­там экзо-типа. Разновидности ЦГТаз, выделенные из разных микроорганизмов, образуют разные количества альфа-, бета- и гамма-циклодекстринов. Соответственно, и в зависимости от того, ка­кой циклический мальтоолигосахарид преобладает в продуктах реакции, различают альфа-, бета­їн гамма-специфичные ЦГТазы.

Рис. 3. Превращения, катализируемые циклодекстринглюканотрансферазой А — реакция циклизации; Б — реакция диспропорционирования;

В — реакция связывания; Г — реакция гидролитического расщепления

Обсуждая специфичность ферментов, как правило, имеют в виду сродство активного центра по отношению к разным субстратам.

В свете же обычного понимания, ЦГТазы являются ферментами очень широкой специфичности, так как катализируют трансформацию многочисленного ряда поли- и олигосахаридов линейного и раз­ветвленного типа. В некоторых случаях реакция может протекать даже с ди- и моносахаридами. Степень сродства циклизующих ферментов, полученных из разных микробных источников с различ­ным сахарам неодинакова, причиной тому являются особенности строения активного центра.

Типичной альфа-ЦГТазой является фермент из Paenibacilus macerans, а также Klebsiella pneumoniae. Для алкалофильных форм бацилл, а также аэробных спорообразующих бактерий, причисляемых к категории Bacillus circulans, свойственны ферменты, циклизующие субстрат пре­имущественно в бета-циклодекстрин, с образованием сравнительно небольших примесей альфа- и гаммагомологов.

Реакция диспропорционирования. Циклодекстринглюканотрансферазы катализируют взаимо­действие пар молекул линейных олигосахаридов как это показано нарис. 3, Б. Превращение носит название реакции диспропорционирования и вызывает расщепление многозвенных декстринов с последующим соединением образовавшихся фрагментов в новые молекулы.

Реакция связывания, относится к межмолекулярному трансгликозилированию и сопровожда­ется трансформациями, в которых также одновременно участвуют два сахара — циклический и ациклический, (рис. 3, В). После разрыва кольца и одновременного объединения глюкозных ос­татков двух декстринов образуются новая молекула. Скорость реакции связывания зависит от наличия и концентрации в реакционной среде ациклических мальтоолигосахаридов, которые постепенно накапливаются в ходе энзиматической трансформации крахмала ЦГТазой.

Гидролитическая (декстринизирующая) активность, (рис. 3, Г). В последнее время все больше внимания уделяется вопросу о наличии определенного уровня гидролитической активности у ЦГТаз. Реакция гидролитического расщепления крахмала предполагает присоединение молеку­лы воды в месте расщепления гликозидной связи альфа-глюкана в момент ферментативного воз­действия ЦГТазы и напоминает воздействие альфа-амилазы. Процесс может быть обнаружен с по­мощью йодного теста. Подразумевается, что гидролитическое расщепление протекает с участием одного и того же активного центра, ответственного за трансгликозилирование. Соотношение уров­ней декстринизирующей (гидролитической) и циклизующей активностей в препаратах ЦГТаз, является одним из наиболее важных показателей, влияющих на выход циклических продуктов во время трансформации.

Суммарная схема реакции. Последовательная комбинация различных реакционных событий, например, нескольких реакций диспропорционирования, может привести к синтезу длинных оли- госахаридных фрагментов, являющихся материалом для синтеза новых циклических продуктов. В целом же, процесс конверсии крахмала сопровождается, сначала накоплением циклодекстри­нов, а затем их распадом до сравнительно коротких линейных мальтоолигосахаридов. Обобщенная схема реакционного процесса, катализируемого ЦГТазами весьма сложна, (рис. 4), что усугубля­ется обратимостью большинства протекающих при этом биохимических реакций.

5.