葡萄糖淀粉酶是由微生物分泌的胞外酶,具有外切酶活性。
葡萄糖淀粉酶的主要作用是从淀粉、糊精与糖原等碳链上的非还原性末端依次水解α-1,4糖苷键,切下葡萄糖单元,并与β-淀粉酶一样,使葡萄糖的构型发生变化, 形成β-D-葡萄糖。
当葡萄淀粉酶的水解底物为支链淀粉时,它可以水解α-1,6糖苷键形成的分支点,将支链淀粉全部降解成葡萄糖。
葡萄糖淀粉酶亦能微弱水解α-1,3糖苷键形成的碳链,但其水解淀粉分子中α-1,4糖苷键的速度快于水解淀粉分子中其它类型的糖苷键速度。
葡萄糖淀粉酶一般能百分之百的水解淀粉分子而生成葡萄糖。
葡萄糖淀粉酶在微生物中的分布很广,应用于工业生产中的葡萄糖淀粉酶主要是来自黑曲霉、米曲霉、根霉等丝状真菌与酵母。
从细菌中亦能分离出热稳定的葡萄糖淀粉酶,同时人的唾液与动物的胰腺中均含有葡萄糖淀 粉酶。
葡萄糖淀粉酶的结构与功能因其来源的不同而存在一定的差异。
在种类众多的微生物中,由真菌产生的葡萄糖淀粉酶具有较强的水解生淀粉的能力。
葡萄糖淀粉酶是一种糖蛋白,分子量在6×104~106 之间,含有甘露糖、葡萄糖、糖醛酸与半乳糖。
一般情况下,葡萄糖淀粉酶中的碳水化合物占4%~18%,但也有例外,如由糖化酵母所产生的葡萄糖淀粉酶,其中的碳水化合物含量高达80%,这些碳水化合物主要由葡萄糖、半乳糖、甘露糖与葡萄糖胺组成。
有研究报道A.saitoa葡萄糖淀粉酶GAM1的分子量达9×104,其糖蛋白包含18%中性糖与0.77%的葡萄糖胺,N端氨基酸均是丙氨酸。
通过对葡萄糖淀粉酶进行分离纯化研究,发现葡萄糖淀粉酶可分为3类即G,GI, GII或GAI,GAI',GAII。
不同种类的葡萄糖淀粉酶作用的底物亦不尽相同,如GAI',GAII(GI,GII)仅能水解糊化后的淀粉,不能水解生淀粉或水解作用非常微弱,而GAI(GIII)类型的葡萄糖淀粉酶可水解生淀粉。
还发现GAI',GAII可以通过枯草杆菌蛋白酶对GAI作用得到。
以来自Aspergillus awamori var.Kawachi的葡萄糖淀粉酶为例,它们的分子量分别为GAI MW90000,GAI'MW73000,GAII MW57000。
葡萄糖淀粉酶GAI水解淀粉是 因为其不仅包含催化位的GAI',还具有与生淀粉相结合的亲合位点Cp区域与 GP—1(MW 13200)。
葡萄糖淀粉酶的底物特异性葡萄糖淀粉酶对底物进行水解时其水解速率受葡萄糖淀粉酶自身的分子结构、底物结构与底物大小的影响。
研究表明,葡萄糖淀 粉酶与底物的亲和性随底物碳链长度的加长而增强,呈线形变化。
葡萄糖淀粉酶可水解淀粉分子的α-1,4糖苷键、α-1,6与α-1,3糖苷键,但对α-1,4糖苷键的作用最为主要也最强,对后两种糖苷键的水解能力较弱。
王扬声等报道红曲霉糖化酶能将玉米淀粉、马铃薯淀粉、可溶性淀粉、直链淀粉、糖原与麦芽糖等进行完全水解而生成葡萄糖,但对其它具有较小碳链的底物的分解限度随碳链的减小而出现不同程度地降低。
管汉成等对黑曲霉变异株糖化酶的底物特异性进行研究,结果表明糖化酶GAI仅对淀粉与麦芽低聚糖具有水解作用,而对右旋糖、木聚糖、 地衣多糖、甘露糖与α-,β-,γ-环糊精不具有水解作用,这说明GAI对多糖中糖的组分与糖苷键具有较强的专一性,它水解α-1,6键的速度不及水解α-1,4键速度的百分之一。
同一葡萄糖淀粉酶,由于其结构、组成具有多型性,致使不同型的葡萄糖淀粉酶对同一底物的水解速率亦不相同。
方善康等通过对黑曲霉S4糖化酶进行分离纯化得到该酶的三个组分即GI、GII与GIII,经研究表明三种组分对相同的底物具有不同的吸附能力即GI对底物的吸附能力最强,而GII与GIII对相同的底物吸附能力远远弱于GI。
方善康等对A.niger S4糖化酶的纯化组分性质进行研究,发现GI、 GII与GIII均可作用于甘薯淀粉、马铃薯淀粉与生玉米淀粉,这三种糖化酶组分对生淀粉的水解能力均小于对可溶性淀粉的水解能力。
估计各糖化酶组分对底物水解能力因Km值上升而降低。
从葡萄糖淀粉酶对麦芽糖水解作用的动力学参数看,尽管只增加一个葡萄糖单位,但Km值却大大降低,Vmax升高,即各糖化酶组分对麦芽糖的亲和水解能力均高于麦芽二糖,表明麦芽二糖是各糖化酶组分的最小作用底物。同时表明酶自身的结构与寡糖链本身的长度共同影响着糖化酶对底物的亲和力。