12650-88-3 / 溶菌酶的生理學功能

溶菌酶（英文名稱：Lysozyme，又譯溶解酶）是一個分子量為14.4kDa的抗菌酶，屬于固有免疫系統的一員，它可經由催化細菌細胞壁肽聚糖中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡糖胺殘基間的1，4-β-糖苷鍵水解，而破壞細菌的細胞壁。由于革蘭氏陽性菌的肽聚糖層遠厚于革蘭氏陰性菌，且為其細胞壁主成分，此酶主要針對革蘭氏陽性菌。

一些人體細胞分泌液中含有溶菌酶在，如唾液、眼淚、鼻涕；溶菌酶也存在于線粒體中的細胞質顆粒體和蛋清中。

歷史

1909年Laschtschenko發現蛋清中有殺菌物質。1922年，亞歷山大·弗萊明在研究鼻腔粘液的抗菌作用時發現并命名了溶菌酶。[1]

1965年，大衛·菲利浦用X射線衍射技術研究溶菌酶晶體，解析出了2埃分辨率的晶體結構。[2][3]這是第二個使用X射線衍射技術得到的蛋白質結構，也是第一個解析出的酶結構。大衛·菲利浦根據次結構提出了溶菌酶催化的機理，該催化機理最近得到了修正。[4]

生理學功能

溶菌酶是體內免疫系統的一部分，可殺滅革蘭氏陽性菌。溶菌酶結合到細菌表面，減少負電荷并協助對細菌的吞噬作用。新生兒缺乏溶菌酶會導致肺支氣管發育不良（bronchopulmonary dysplasia）。食用缺乏溶菌酶的配方奶粉會使嬰兒腹瀉的概率提高三倍。眼淚中缺乏溶菌酶會導致結膜炎。

某些癌細胞會分泌過量的溶菌酶，導致血液中溶菌酶含量過高，造成腎衰竭和低血鉀。

催化機制

溶菌酶進攻肽聚糖（細菌細胞壁的組分，特別在革蘭氏陽性菌的細胞壁中含量豐富）水解連接N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡糖胺第四位碳原子的糖苷鍵。整個過程是，首先溶菌酶通過其兩個結構域之間的“溝”結合到肽聚糖分子上；隨后其底物在酶中形成過渡態的構象。根據Phillips機制，溶菌酶與葡聚六糖結合。然后溶菌酶將葡聚六糖上的第四個糖扭曲為半椅形構象。在這種扭曲狀態（能量較高）中，糖苷鍵很容易就發生斷裂。

位于溶菌酶蛋白序列35位的谷氨酸（Glu35）和52位的天冬氨酸（Asp52）的側鏈被發現對于溶菌酶的活性非常關鍵。Glu35作為糖苷鍵的質子供體，剪切底物的C-O鍵；而Asp52作為親核試劑參與生成糖基酶中間體。隨后，糖基酶中間體與水分子發生反應，水解生成產物，而酶保持不變。

相關疾病

在一些遺傳性淀粉變性癥中發現，病人編碼的溶菌酶基因中含有一個突變，從而導致溶菌酶在體內多個組織中聚集。

應用

溶菌酶被廣泛用于實驗室中對細菌所進行的細胞破碎。

由于溶菌酶易于結晶，常被用于各種晶體學相關的研究。