α-半乳糖苷酶属于半乳糖苷酶的一种，它可催化α-半乳糖苷键的水解，可将饲料及豆制食品中的抗营养因子α-半乳糖苷类转化分解，改善其营养成分。在医学领域中，α-半乳糖苷酶能实现B→O血型转变、制备通用型血，以及在法布里病的酶替代治疗中也发挥了重要作用。此外，α-半乳糖苷酶还可作用于含α-半乳糖苷键的复合多糖、糖蛋白和鞘糖。
图1 α-半乳糖苷酶的性状图
基本介绍
半乳糖苷酶是指一类水解含半乳糖苷键物质的酶类，如乳糖（乳糖为一分子葡萄糖与一分子半乳糖经脱水缩合形成的二糖）。主要分为α-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷酶。α-半乳糖苷酶催化α-半乳糖苷键的水解，可将饲料及豆制食品中的抗营养因子α-半乳糖苷类转化分解，改善其营养成分。β-半乳糖苷酶不仅在食品工业中的用途越来越广泛，在生物技术领域如基因工程、酶工程、蛋白质工程等方面也都发挥着重要作用，并开始广泛应用于医药等领域。
来源
图2 α-半乳糖苷酶的生物来源图
α-半乳糖苷酶广泛分布于植物、微生物和动物体内，归属于糖苷水解酶第26和37家族。其中，第26家族的α-半乳糖苷酶仅来源于真核生物，而第37家族的α-半乳糖苷酶则主要存在于原核生物。根据其最适pH及酶活性特征，该酶可分为酸性α-半乳糖苷酶和碱性α-半乳糖苷酶。目前，对植物来源的α-半乳糖苷酶研究较为广泛，该酶在植物种子、果实、叶片和块茎中均有发现，其中种子和叶片来源的酶多属于糖苷水解酶第27家族且呈酸性；而碱性α-半乳糖苷酶通常具备合成酶功能，并多归属于糖苷水解酶第36家族。在植物中，相关研究涉及咖啡豆、无花果、豆芽、椰子、芋头块茎、黄瓜、葡萄、水稻和木瓜等材料；种子来源包括大豆、斑豆和番茄等；细菌来源涵盖链霉菌、脆弱芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、发酵乳杆菌、嗜热丝孢菌及双歧杆菌等；真菌来源则包括葡酒色被孢霉、根霉、产紫青霉、里氏木霉、烟曲霉、草酸青霉、寄生曲霉、黑曲霉、臭曲霉、分枝犁头霉和米曲霉等。此外，在多种哺乳动物组织匀浆中也检测到α-半乳糖苷酶的存在，其中以人和鼠的甲状腺、肾脏及脾脏中该酶活性最高。[1]
特性
α-半乳糖苷酶是一种能够催化α-半乳糖苷键水解的外切糖苷酶，因其能够分解蜜二糖，亦被称为蜜二糖酶。这一酶学特性使其在饲料和豆制品工业中得以用于消除抗营养因子，从而改善产品品质。在医学领域，α-半乳糖苷酶可应用于B→O血型转换、通用型血液的制备，以及法布里病的酶替代治疗。此外，该酶还能作用于含α-半乳糖苷键的复杂多糖、糖蛋白及鞘糖类物质。值得注意的是，部分α-半乳糖苷酶在高底物浓度下还具备转半乳糖基活性，这一功能被用于合成功能性低聚糖和制备环糊精衍生物。近年来，开发嗜中性或pH稳定的α-半乳糖苷酶、筛选高产酶量的微生物或植物资源已成为研究热点。同时，多种耐热α-半乳糖苷酶因其独特的热稳定性受到广泛关注，科学家期待其在工业、生物工艺及医药领域展现更广阔的应用潜力。[1]
酶促反应机制
α-半乳糖苷酶催化反应历程遵循典型的双取代机制。在反应初始阶段，底物分子与酶的活性位点结合，形成酶 - 底物复合物。此时，其中一个 aspartic acid 残基作为亲核试剂，其氧原子对糖苷键中的苷原子（通常是碳原子）进行亲核攻击，导致糖苷键断裂，同时形成一个氧杂环正碳离子中间体。该中间体处于高能状态，具有较高的反应活性。紧接着，在另一个 aspartic acid 残基的参与下，发生去质子化反应，氧杂环正碳离子中间体获得一个质子，促使糖苷部分（通常是半乳糖部分）从中间体上脱离下来，从而完成整个水解反应过程。这个反应机制具有高度的立体特异性和化学特异性。酶的活性位点在空间结构上与底物分子完美匹配，确保只有特定构型的α-半乳糖苷键能够进入活性位点并发生反应。这种特异性保证了α-半乳糖苷酶在复杂生物体系中的高效性和准确性，避免了对其他类型化学键或非目标底物的干扰。
应用
α-半乳糖苷酶的催化作用是移除底物末端α-连接的非还原性D-半乳糖，或通过转糖基作用将半乳糖基团以α-1,6糖苷键转移到受体C6位的羟基上。含有这一类糖苷键的底物和受体在自然界中分布广泛，因此，α-半乳糖苷酶在工业、食品、医疗和科学研究中有着广泛的应用，被认为是最有应用潜力的酶制剂之一。α-半乳糖苷酶还可用于糖类的合成，糖苷键的合成可以使用标准的化学合成方法，但通常需要一些繁琐复杂的保护与去保护步骤。由于酶的稳定性和低成本，通过酶法来合成显示出很好的前景，但其主要缺点是可选择性和产量都不高。在医药领域，α-半乳糖苷酶在治疗法布里病（Fabry disease）等方面发挥着关键作用，法布里病是一种罕见的遗传性代谢疾病，患者体内α-半乳糖苷酶 A 的活性缺乏，导致细胞内 Gb3 等糖脂的异常积累，进而引发一系列临床症状如疼痛、肾功能衰竭、心脑血管疾病等。[2]
参考文献
[1] 郝桂娟,张凯,王学智,等.α-半乳糖苷酶的研究进展[J].中国畜牧兽医, 2013, 40: 6.
[2] 陈可,刘星,张景韵,等.生物合成α-半乳糖苷酶的研究进展[J]. 中国酿造, 2023, 42: 1-8.