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先熟悉下谷氨酰胺

谷氨酰胺（Gln），又称2-氨基-4-氨甲酰基丁酸，是机体中最丰富的氨基酸。转运至细胞后，谷氨酰胺为合成各类氨基酸、蛋白质、核苷酸及其他重要生物分子提供前体物质和能量，并提供NADPH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）和GSH（谷胱甘肽）以维持细胞内氧化还原稳态。因此，谷氨酰胺与细胞生长增殖密切相关。

谷氨酰胺酶：一种特殊的氨基水解酶

谷氨酰胺酶属于氨基水解酶类，是催化谷氨酰胺生成谷氨酸和氨的一种酶，该系列谷氨酰胺酶催化谷氨酰胺的脱氨反应包含两种类型：第一类只包含谷氨酰胺酶，这是高度特异地催化谷氨酰胺水解为谷氨酸的酶。第二类含有的酶是特异性比较低的酶，它催化谷氨酰胺水解为谷氨酸，并以相同的机理催化天冬酰胺水解为天冬氨酸。

谷氨酰胺酶主要分布在哺乳动物细胞中和微生物中（存在于革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母与真菌中）。哺乳动物谷氨酰胺酶在能源和氮源代谢中关键作用，常被认为是一种线粒体酶，在哺乳动物中常分为两个类型：肝型和肾型，肝型谷氨酰胺酶和肾型谷氨酰胺酶均能够被一定程度的磷酸盐激活。例如，人体内的谷氨酰胺酶（GLS）就在谷氨酰胺代谢中起着至关重要的作用，主要与细胞生长、代谢有关。谷氨酰胺进入细胞后，绝大部分由谷氨酰胺酶转化成谷氨酸和氨。谷氨酸进一步被氧化成α-酮戊二酸给TCA循环提供营养物质，包括ATP、核苷酸、氨基酸、脂类等。

谷氨酰胺酶的两步催化

谷氨酰胺酶蛋白催化谷氨酰胺水解有两步反应，第一步是谷氨酰胺酶的亲核基团与谷氨酰胺的酰胺部位发生亲核反应，谷氨酰胺脱氨形成γ-酰基-酶中间产物，第二步是水亲核取代谷氨酰胺酶，γ-酰基-酶中间产物水解形成氨基酸。谷氨酰胺酶具有很强的底物特异性。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-天门冬酰胺和D-天门冬酰胺的水解。谷氨酰胺酶对酰胺氨基酸都有催化作用，其中对L型的催化作用大于D型，对谷氨酰胺的催化作用大于天冬酰胺。

谷氨酰胺酶的生产仍需研究

工业上较早用于生产谷氨酰胺酶的方法有分泌法（Sec），然而用分泌法会使细菌分泌的蛋白质在细胞质膜易位，导致展开的蛋白质消耗了ATP水解提供的能量。还有一种是双精氨酸易位法（Tat）生产谷氨酰胺酶，这种方法在易位未展开的蛋白质上不同于分泌法，它是用跨膜质子电化学梯度易位的。

此外，有学者用响应面分析统计优化法从鲁氏接合酵母中生产谷氨酰胺酶，从而得出生产谷氨酰胺酶的最优条件，该法可以提高产量。还有学者采用固相基质混合发酵的方法，当选用同一株枯草杆菌RSP- GLU进行发酵产酶时，发现用孟加拉鹰嘴豆壳：麦麸（66:34）作混合底物，可以得到最高的产酶量，同时也对多底物混合发酵商品化大规模生产谷氨酰胺酶起到了重要的作用。

谷氨酰胺酶与肿瘤的斗争

代谢重编程是肿瘤的重要标志，肿瘤通过代谢重编程以满足快速增殖的能量需求和物质合成需求。经典的肿瘤代谢重编程有两个特点，其一是葡萄糖的有氧酵解；其二是依赖谷氨酰胺回补三羧酸循环。

谷氨酰胺不仅能作为碳源回补三羧酸循环，还可为蛋白质、氨基己糖和核苷酸等生物大分子的合成提供氮源，此外还是谷胱甘肽的前体之一，是机体对抗氧化应激维持氧化还原稳态的重要途径。

谷氨酰胺酶催化谷氨酰胺脱氨基生成谷氨酸的反应，是谷氨酰胺酵解的限速酶，把持着谷氨酰胺分解代谢的入口，机体对谷氨酰胺代谢的调控主要通过谷氨酰胺酶实现。

谷氨酰胺酶不止与酶催化

研究显示，酱油酿造的原料中所含有的谷氨酸46%左右是作为谷氨酰胺存在的。谷氨酸在食品工业特别是发酵工业中具有重要作用，比如增强酱油等调味品的鲜味，增加食品的营养价值。

谷氨酰胺酶的增鲜作用使它可以代替味精，这就避免了某些个体对味精的过敏现象现象。当缺乏谷氨酰胺酶时，大多数谷氨酰胺从肽中释放出来，不可逆地转化为没有味道的焦谷氨酸。尤其是利用枯草杆菌、曲霉等细菌生产谷氨酰胺酶应用到酱油酿造中，不但提高了酱油的鲜味，而且消费者接受度特别高。

谷氨酰胺酶还可以通过谷氨酰基的水解或转移反应合成茶氨酸，茶氨酸具有抑制咖啡因和改善茶汤风味的作用，近年研究发现其具有影响脑内神经传达物质变化和降血压的生理功能。

此外，谷氨酰胺酶对肠道代谢具有调节作用，可以有效预防小肠的萎缩。近年来，谷氨酰胺酶在治疗艾滋病方面也有了很大的进展。有学者对大鼠口服金黄杆菌属菌株生产的谷氨酰胺酶的安全性进行了研究，发现2538 mg/kg-bw/day为最大无作用剂量，并且认为这一酶制剂口服是安全的。

作者简介

Kevin.Fang，食品科学研究生，主要从事功能性食品研发，尤其擅长于糖尿病、痛风、体重管理等领域的产品产品开发