近日，西北农林科技大学刘学波教授领衔的食品分子营养与健康创新团队在膳食多酚对淀粉酶抑制的研究领域取得了新进展，并于国际著名期刊《Advanced Science》（中科院一区，TOP期刊，IF=14.3）发表了题为“Enzymolysis Modes Trigger Diversity in Inhibitor‐α‐Amylase Aggregating Behaviors and Activity Inhibition: A New Insight Into Enzyme Inhibition”的研究性论文，西农食品学院孙立军教授为论文的通讯作者、江南大学缪铭为共同通讯作者，华南理工张斌教授为研究提供了重要的指导意见，西北农林科技大学为第一完成单位。
α-淀粉酶是淀粉水解过程的关键酶，催化淀粉中的α-1,4-糖苷键的水解，其活性与餐后血糖水平密切相关。抑制该酶的活性能够有效调节餐后血糖波动，对于糖尿病等的预防和治疗具有重要意义。膳食多酚对α-淀粉酶的抑制被广泛研究，酶抑制源于抑制剂与酶之间的相互作用，具体取决于抑制剂的结构，关于多酚的分子结构和抑制活性的构效关系已经进行了深入解析，并明晰了系列功能基团。然而，底物往往是一个被忽略的重要因素。在酶/底物/多酚水解体系中，不同酶解模式的底物如何影响多酚的抑制作用尚未阐明。
研究创新性地发现底物水解模式的差异，即α-1,4-糖苷键的结构组成和浓度，会导致抑制剂-酶聚集行为的多样性，从而影响α-淀粉酶的抑制作用。在竞争性抑制中，α-淀粉酶-底物催化亲和力和抑制剂-α-淀粉酶结合亲和力之间存在平衡；因此较高的底物酶解亲和力和α-1,4-糖苷键浓度会干扰这种平衡，不利于抑制剂-酶复合物的形成，从而减弱抑制剂对α-淀粉酶的抑制作用。对于反竞争性抑制，大分子淀粉（非小分子GalG2CNP），不仅需要与活性位点结合，还与接近该位点的辅助水解的柔性环（Gly304-Gly309）结合。因此，由于酶分子柔性，其结构发生微调，有利于抑制剂与非活性柔性环环结合，形成抑制剂-酶-淀粉三元聚集体。总之，本研究为抑制剂对α-淀粉酶抑制作用评估提供新的见解，即底物在抑制剂-酶聚集相互作用中的参与，强调了在研发和筛选α-淀粉酶抑制剂时选择合适底物的重要性。另外，研究首次通过微量热泳动（MST）、原子力显微镜（AFM）和冷冻-扫描电镜成像技术（Cryo-SEM）解析了酶/底物/多酚水解体系下酶-多酚、酶-底物-多酚聚集体的微观图像，为理解酶抑制机制提供了直观的视角。
本研究深入探讨了底物酶解模式对多酚抑制作用机制的影响，强调了底物在酶/底物/多酚水解体系中引起的多酚抑制效果的关键作用，为评估膳食多酚对酶活性抑制提供了重要的新见解。
研究结论
图1.α-淀粉酶关键催化残基以及最佳水解模式示意图和多酚的分子结构
图2. 两种底物（GalG2CNP和玉米淀粉）的酶解动力学参数及多酚对酶抑制能力分析
图3.两种底物（GalG2CNP和玉米淀粉）水解体系下，多酚的抑制动力学参数分析
图4. 底物浓度不变，改变抑制剂浓度引起的酶抑制作用的变化；抑制剂浓度不变，改变底物浓度引起的酶抑制作用的变化
图5.多酚-酶相互作用的表征包括荧光淬灭（Fluorescence quenching）、等温滴定量热（ITC）以及微量热泳动（MST）分析
图6.两种底物（GalG2CNP和玉米淀粉）水解体系下，酶-多酚、酶-底物、酶-底物-多酚聚集体的原子力显微镜（AFM）微观分析
图7. 酶/底物/多酚水解体系下，酶-多酚、酶-底物、酶-底物-多酚聚集体的冷冻-扫描电镜（Cryo-SEM）微观分析
图8. 酶-多酚及酶-底物的结合位点分析
图9. 底物酶解模式引起的酶抑制作用变化的机制示意图
https://doi.org/10.1002/advs.202404127
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