先熟悉下谷氨酰胺

谷氨酰胺（Gln），又稱2-氨基-4-氨甲酰基丁酸，是機體中最豐富的氨基酸。轉(zhuǎn)運至細胞后，谷氨酰胺為合成各類氨基酸、蛋白質(zhì)、核苷酸及其他重要生物分子提供前體物質(zhì)和能量，并提供NADPH（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）和GSH（谷胱甘肽）以維持細胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)。因此，谷氨酰胺與細胞生長增殖密切相關(guān)。

谷氨酰胺酶：一種特殊的氨基水解酶

谷氨酰胺酶屬于氨基水解酶類，是催化谷氨酰胺生成谷氨酸和氨的一種酶，該系列谷氨酰胺酶催化谷氨酰胺的脫氨反應(yīng)包含兩種類型：第一類只包含谷氨酰胺酶，這是高度特異地催化谷氨酰胺水解為谷氨酸的酶。第二類含有的酶是特異性比較低的酶，它催化谷氨酰胺水解為谷氨酸，并以相同的機理催化天冬酰胺水解為天冬氨酸。

谷氨酰胺酶主要分布在哺乳動物細胞中和微生物中（存在于革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、酵母與真菌中）。哺乳動物谷氨酰胺酶在能源和氮源代謝中關(guān)鍵作用，常被認為是一種線粒體酶，在哺乳動物中常分為兩個類型：肝型和腎型，肝型谷氨酰胺酶和腎型谷氨酰胺酶均能夠被一定程度的磷酸鹽激活。例如，人體內(nèi)的谷氨酰胺酶（GLS）就在谷氨酰胺代謝中起著至關(guān)重要的作用，主要與細胞生長、代謝有關(guān)。谷氨酰胺進入細胞后，絕大部分由谷氨酰胺酶轉(zhuǎn)化成谷氨酸和氨。谷氨酸進一步被氧化成α-酮戊二酸給TCA循環(huán)提供營養(yǎng)物質(zhì)，包括ATP、核苷酸、氨基酸、脂類等。

谷氨酰胺酶的兩步催化

谷氨酰胺酶蛋白催化谷氨酰胺水解有兩步反應(yīng)，第一步是谷氨酰胺酶的親核基團與谷氨酰胺的酰胺部位發(fā)生親核反應(yīng)，谷氨酰胺脫氨形成γ-?；?酶中間產(chǎn)物，第二步是水親核取代谷氨酰胺酶，γ-?；?酶中間產(chǎn)物水解形成氨基酸。谷氨酰胺酶具有很強的底物特異性。L-谷氨酰胺是谷氨酰胺酶催化的最好的底物。此外，它也催化D-谷氨酰胺、L-天門冬酰胺和D-天門冬酰胺的水解。谷氨酰胺酶對酰胺氨基酸都有催化作用，其中對L型的催化作用大于D型，對谷氨酰胺的催化作用大于天冬酰胺。

谷氨酰胺酶的生產(chǎn)仍需研究

工業(yè)上較早用于生產(chǎn)谷氨酰胺酶的方法有分泌法（Sec），然而用分泌法會使細菌分泌的蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)膜易位，導致展開的蛋白質(zhì)消耗了ATP水解提供的能量。還有一種是雙精氨酸易位法（Tat）生產(chǎn)谷氨酰胺酶，這種方法在易位未展開的蛋白質(zhì)上不同于分泌法，它是用跨膜質(zhì)子電化學梯度易位的。

此外，有學者用響應(yīng)面分析統(tǒng)計優(yōu)化法從魯氏接合酵母中生產(chǎn)谷氨酰胺酶，從而得出生產(chǎn)谷氨酰胺酶的最優(yōu)條件，該法可以提高產(chǎn)量。還有學者采用固相基質(zhì)混合發(fā)酵的方法，當選用同一株枯草桿菌RSP- GLU進行發(fā)酵產(chǎn)酶時，發(fā)現(xiàn)用孟加拉鷹嘴豆殼：麥麩（66:34）作混合底物，可以得到最高的產(chǎn)酶量，同時也對多底物混合發(fā)酵商品化大規(guī)模生產(chǎn)谷氨酰胺酶起到了重要的作用。

谷氨酰胺酶與腫瘤的斗爭

代謝重編程是腫瘤的重要標志，腫瘤通過代謝重編程以滿足快速增殖的能量需求和物質(zhì)合成需求。經(jīng)典的腫瘤代謝重編程有兩個特點，其一是葡萄糖的有氧酵解；其二是依賴谷氨酰胺回補三羧酸循環(huán)。

谷氨酰胺不僅能作為碳源回補三羧酸循環(huán)，還可為蛋白質(zhì)、氨基己糖和核苷酸等生物大分子的合成提供氮源，此外還是谷胱甘肽的前體之一，是機體對抗氧化應(yīng)激維持氧化還原穩(wěn)態(tài)的重要途徑。

谷氨酰胺酶催化谷氨酰胺脫氨基生成谷氨酸的反應(yīng)，是谷氨酰胺酵解的限速酶，把持著谷氨酰胺分解代謝的入口，機體對谷氨酰胺代謝的調(diào)控主要通過谷氨酰胺酶實現(xiàn)。

谷氨酰胺酶不止與酶催化

研究顯示，醬油釀造的原料中所含有的谷氨酸46%左右是作為谷氨酰胺存在的。谷氨酸在食品工業(yè)特別是發(fā)酵工業(yè)中具有重要作用，比如增強醬油等調(diào)味品的鮮味，增加食品的營養(yǎng)價值。

谷氨酰胺酶的增鮮作用使它可以代替味精，這就避免了某些個體對味精的過敏現(xiàn)象現(xiàn)象。當缺乏谷氨酰胺酶時，大多數(shù)谷氨酰胺從肽中釋放出來，不可逆地轉(zhuǎn)化為沒有味道的焦谷氨酸。尤其是利用枯草桿菌、曲霉等細菌生產(chǎn)谷氨酰胺酶應(yīng)用到醬油釀造中，不但提高了醬油的鮮味，而且消費者接受度特別高。

谷氨酰胺酶還可以通過谷氨酰基的水解或轉(zhuǎn)移反應(yīng)合成茶氨酸，茶氨酸具有抑制咖啡因和改善茶湯風味的作用，近年研究發(fā)現(xiàn)其具有影響腦內(nèi)神經(jīng)傳達物質(zhì)變化和降血壓的生理功能。

此外，谷氨酰胺酶對腸道代謝具有調(diào)節(jié)作用，可以有效預防小腸的萎縮。近年來，谷氨酰胺酶在治療艾滋病方面也有了很大的進展。有學者對大鼠口服金黃桿菌屬菌株生產(chǎn)的谷氨酰胺酶的安全性進行了研究，發(fā)現(xiàn)2538 mg/kg-bw/day為最大無作用劑量，并且認為這一酶制劑口服是安全的。

作者簡介

Kevin.Fang，食品科學研究生，主要從事功能性食品研發(fā)，尤其擅長于糖尿病、痛風、體重管理等領(lǐng)域的產(chǎn)品產(chǎn)品開發(fā)