淀粉酶抑制劑

能抑制α-淀粉酶的抑制劑如鏈霉菌YM-25菌株產(chǎn)生的hairm；鏈霉菌S.corchoruchii菌株產(chǎn)生的paim以及鏈霉菌S.dimorphogenes菌株產(chǎn)生的萃他丁(trestatin)等都是α-淀粉酶抑制劑，它們對(duì)不同來(lái)源的α-淀粉酶均顯示出強(qiáng)的抑制作用，但不抑制β-淀粉酶和β-糖苷酶。以萃他丁為例：它含有A,B,C三個(gè)組分的α-淀粉酶抑制劑屬于低聚糖同系物。它是無(wú)色粉末，紫外光譜呈末端吸收，對(duì)蒽酮、酚-硫酸呈陽(yáng)性反應(yīng)，對(duì)坂口、紅四唑呈陰性反應(yīng)。Trestatin對(duì)豬胰α-淀粉酶、曲霉α-淀粉酶、枯草桿菌α-淀粉酶都有抑制作用，但不抑制β-淀粉酶和β-葡萄糖苷酶。國(guó)外α-淀粉酶抑制劑研究起步較早，早在上世紀(jì)四十年代就有小麥種子中α-淀粉酶抑制劑的報(bào)道[5~7]。它是一種電遷移率為0.2，分子量為21000的蛋白質(zhì)。但在隨后的25年間很少有這方面的報(bào)道[8]。之后Shainkin和Birk[9]提出小麥粉中存在兩種α-淀粉酶抑制劑，并闡述了它們的分離和性質(zhì)。它們的電遷移率不同，對(duì)不同來(lái)源的α-淀粉酶專一性不同。從后來(lái)的研究[10~14]知道：它們?cè)谛←湻N子中是多分子形式的蛋白質(zhì)，能不同程度的抑制昆蟲和哺乳動(dòng)物的淀粉酶。1945又在普通大豆上有過(guò)報(bào)道[15~16]，1972年α-淀粉酶抑制劑曾經(jīng)在微生物上有過(guò)報(bào)道，因其在醫(yī)藥上的價(jià)值而被廣泛研究。α-淀粉酶抑制劑在20世紀(jì)70年代被深入研究，在20世紀(jì)80年代和90年代，由于發(fā)現(xiàn)其在醫(yī)學(xué)上的重要性，尤其在抑制糖尿病和高血糖以及對(duì)昆蟲選擇性控制等方面具有重要作用而加速研究[17]。70年代以來(lái)，已研究發(fā)現(xiàn)100多種來(lái)自植物和微生物的抑制α-淀粉酶的活性物質(zhì)，有的已經(jīng)進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)[18]。微生物來(lái)源的糖苷水解酶抑制劑的篩選研究在近些年來(lái)已成為比較活躍的領(lǐng)域之一，尤其在聯(lián)邦德國(guó)和日本?，F(xiàn)已報(bào)道的這類酶抑制劑20~30種。Namiki等報(bào)道從一株鏈霉菌發(fā)酵液中分理出一種新的寡糖類α-糖苷水解酶抑制劑Adiposin。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)Trestatins對(duì)胰腺或唾液的α-淀粉酶有很強(qiáng)的抑制作用，并能降低血糖和血脂的濃度，是一種新的α-淀粉酶抑制劑[19]。國(guó)內(nèi)酶抑制劑方面的研究始于70年代末，福建省微生物所從土壤中篩選到產(chǎn)生的淀粉酶抑制劑的產(chǎn)生菌S-2-35菌株，并對(duì)其代謝產(chǎn)物的分離及其理化性質(zhì)進(jìn)行深入研究，研究成果顯著[20]，上海醫(yī)藥工業(yè)研究所在80年代初就開始與日本東京微生物化學(xué)研究所，日本麒麟啤酒和美國(guó)輝瑞公司等合作從土壤中尋找新的有為生物產(chǎn)生的生理物質(zhì)的研究，建立淀粉酶抑制劑等的篩選模型。國(guó)內(nèi)研究突出得是河北科學(xué)院生物研究所從鏈霉菌中獲得產(chǎn)生α-淀粉酶抑制劑的菌種S-19-1，是國(guó)內(nèi)首次從淡紫灰類群中篩選出該抑制劑菌株，建立適合S-19-1菌株的發(fā)酵工藝，并對(duì)其化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究。發(fā)酵濾液中的α-淀粉酶抑制劑活性超過(guò)70％。經(jīng)BALB小鼠試驗(yàn)，無(wú)任何毒副作用。該研究已獲得中國(guó)科技成果獎(jiǎng)。江西省中醫(yī)藥研究所從小麥中提取一種α-淀粉酶抑制劑，并對(duì)其理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)組成作了進(jìn)一步研究[21]。目前，建立在分子生物學(xué)基礎(chǔ)上的植物基因工程技術(shù)，研究得較多的抗蟲基因是α-淀粉酶抑制劑基因，α-淀粉酶抑制劑在禾谷類和豆科作物的種子中含量較為豐富。它的殺蟲機(jī)理就在于其能抑制昆蟲消化道內(nèi)淀粉酶的活性，使食入的淀粉不能消化水解，阻斷了主要能量來(lái)源，同時(shí)，α-AI和淀粉消化酶結(jié)合形成EI復(fù)合物，也會(huì)刺激昆蟲的消化腺過(guò)量分泌消化酶，使昆蟲產(chǎn)生厭食反應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)育不良或死亡。在小麥或大麥中已克隆出多個(gè)淀粉酶抑制劑基因。轉(zhuǎn)化煙草地實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該基因在體內(nèi)可正確表達(dá)，中科院從事菜豆淀粉酶抑制劑基因地研究正處于實(shí)驗(yàn)階段。大多數(shù)α-淀粉酶抑制劑已從微生物源（主要集中在鏈酶菌屬）、植物原（植物界中普遍存在，尤其實(shí)禾谷作物和豆類作物的種子中）獲得，少數(shù)從哺乳動(dòng)物中獲得，而且也在合成物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)過(guò)。天然存在的α-淀粉酶抑制劑有三種類型[17]分別為：（1）微生物產(chǎn)帶一個(gè)寡生物胺單位的含氮碳水化合物；（2）微生物產(chǎn)多肽，如：paim（來(lái)自微生物的豬胰腺α-淀粉酶抑制劑）和Haim（微生物起源人α-淀粉酶抑制劑）；（3）在谷類、豆類以及其它較高等植物中發(fā)現(xiàn)的大分子蛋白質(zhì)抑制劑。通常的α-淀粉酶抑制劑都是些有機(jī)化合物，在化學(xué)結(jié)構(gòu)上，它們可以是蛋白質(zhì)、多肽和碳水化合物[22]。它們的化學(xué)物理性質(zhì)因來(lái)源的不同而不同。由多種不同的鏈霉菌屬種產(chǎn)生的淀粉酶抑制劑具有低的分子量，大約在500~2000Da（道爾）之間，而且是α-淀粉酶中非常有效的抑制劑，它們有三種類型（1）oligostatins寡糖制菌素：（2）amylosatins制淀粉酶素：（3）tresatins。它們共用有擬雙糖單元工寡生物胺或脫氫寡生物胺，不同數(shù)目α-D-葡萄糖基團(tuán)以α-1，4糖苷鍵連接，而在tresatins中與一個(gè)α-1，1-糖苷鍵葡萄糖連接。這個(gè)含N個(gè)碳水化合物對(duì)幾個(gè)葡萄苷酶包括α-淀粉酶有抑制作用[23~25]Tajiri等[26]報(bào)道從鏈霉菌屬中產(chǎn)生α-淀粉酶抑制劑具有14種肽，一些是如上所述的含N個(gè)碳水化合物，另一些是分子量為3936-8500Da之間的聚合肽，它們是由單個(gè)多肽鏈組成，且不含碳水化合物，具有質(zhì)序列同源性，特別重要的是位于18~20的WRY序列和位于59~70的氨基酸，它們被認(rèn)為和α-淀粉酶的結(jié)合有關(guān)。X射線衍射晶體分析法顯示的三級(jí)結(jié)構(gòu)，表明WRY序列在分子表面顯著呈現(xiàn)，而位于59~70氨基酸殘基鄰近DEF序列。具有α-淀粉酶抑制活性的蛋白質(zhì)從小麥、大麥、小米、高粱、谷物、花生、大豆、芋頭根和一些其它植物中分離。抑制劑分子量范圍為9KD~63KD。另外復(fù)合抑制劑因其抑制的特異性不同一般可能為同工酶，已有一些復(fù)合抑制劑從小麥、大麥及小米中被分離[17]。據(jù)報(bào)道ragi中具有二個(gè)雙功能（double-headed）抑制劑（即枯草桿菌蛋白酶/α-淀粉酶抑制劑）和一個(gè)枯草桿菌蛋白酶抑制劑已分離并測(cè)定它們的特性。雙功能抑制劑同時(shí)結(jié)合一個(gè)分子蛋白酶（枯草桿菌蛋白酶和胰蛋白酶）與一個(gè)分子α-淀粉酶。胰蛋白酶和α-淀粉酶抑制劑的一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)已仔細(xì)地研究，其分子量為13800Da，含有122個(gè)氨基酸和以相同方式排列在WAI-0.28和WAI-0.53(小麥中α-淀粉酶同效抑制劑)5個(gè)二硫鍵[27]。據(jù)Leiner等報(bào)道菜豆中的α-淀粉酶抑制劑與其它豆類相比具有較高效價(jià)[8]，因其含有幾種特殊類型的抑制劑（耐熱和不耐熱）[28]而倍受國(guó)外內(nèi)許多研究工作者關(guān)注。Lajolo等[9]報(bào)道黑菜豆中含有兩種同效抑制劑；白菜豆中一些抑制劑為一種糖蛋白（Yamaguchi，1993），帶有一個(gè)相同的肽（Pick，1978）或不同的多肽[8]，能抑制哺乳動(dòng)物和昆蟲淀粉酶的活性，但不抑制植物中α-淀粉酶的活性[27