291: 透明質酸酶（Hyaluronidases）

Author: David S. Goodsell Translator: 于 健（PDBj）

人類的透明質酸酶。在透明質酸酶-1中，催化氨基酸谷氨酸顯示為亮藍綠色，兩個糖基化位點顯示為綠色。圖中顯示的是一個由透明質酸四糖製成的短片段，它是根據從蜂毒中獲得的類似酶製成的（見下文）。此片段是裂解反應的最終產物。 透明質酸酶-2 顯示的是透過計算得到的結構模型。
人類的透明質酸酶。在透明質酸酶-1中，催化氨基酸谷氨酸顯示為亮藍綠色，兩個糖基化位點顯示為綠色。圖中顯示的是一個由透明質酸四糖製成的短片段，它是根據從蜂毒中獲得的類似酶製成的（見下文）。此片段是裂解反應的最終產物。 透明質酸酶-2 顯示的是透過計算得到的結構模型。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

我們的身體由數兆個細胞組成，它們共同完成日常生活中的許多生物任務。這些細胞並不像磚塊和灰泥那樣緊密地黏在一起。相反，一層堅韌而富有彈性的結締組織（connective tissue）將它們固定在一起，使我們的身體能夠自由活動和呼吸，並在受損時進行自我修復。透明質酸（hyaluronan，透明質酸）是這種結締組織的重要組成部分，是由兩種單醣組成的長碳水化合物鏈。與許多碳水化合物一樣，它在水中的吸收量可達自身重量的一千倍，並形成柔韌的膠狀聚集體。在結締組織中，它們以不同的比例與膠原蛋白（ collagen）等更堅硬的元素結合在一起，形成了從將細胞粘合在一起的彈性薄片到潤滑關節運動的滑潤液體等各種物質。

減少碳水化合物

我們的細胞會製造幾種酵素來分解不再需要的透明質酸鏈。透明質酸酶-2（hyaluronidase-2，這裡顯示的是預測計算模型AF_AFQ12891F1的結構）首先將長鏈分解成易於管理的片段。然後，透明質酸酶-1（PDB ID 2pe4）將該片段進一步分解成含有四種糖的較小片段。最後，另外兩種酵素將這些片段分解成單一糖。

回收需要成本

值得注意的是，我們體內大約三分之一的透明質酸鏈每天都在循環利用，以滿足身體不斷變化的需求。透明質酸在我們的健康中發揮各種作用，在胚胎發育過程中幫助分裂細胞之間形成相互作用，幫助傷口癒合，也能幫助運動細胞在體內移動。如下圖所示，它們也能幫助精子使卵子受精。但不幸的是，也有不太好的一面，癌細胞可能會利用它們來幫助腫瘤擴散到身體的其他部位。

發炎反應

兩種透明質酸裂解酶。兩者都源自細菌，催化氨基酸以紅色顯示，HylA 上的氨基酸序列差異以淺藍色顯示。已發現紅色和紫色所示的特定氨基酸控制酶產生不同類型的透明質酸片段。
兩種透明質酸裂解酶。兩種酵素都源自細菌，催化氨基酸以紅色顯示，HylA 上的氨基酸序列差異以淺藍色顯示。紅/紫色顯示的特定氨基酸被發現控制酶產生不同類型的透明質酸片段。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

細菌也含有一種降解透明質酸的酶，與透明質酸酶略有不同，稱為透明質酸裂解酶（hyaluronate lyase）。免疫系統會持續監測漂浮的透明質酸碎片，因為這可能是細菌感染的訊號。例如，這裡展示的酵素是從痤瘡丙酸桿菌（ Cutibacterium acnes ）中提取的，而痤瘡丙酸桿菌在痤瘡的形成過程中起著重要作用。這種細菌會產生透明質酸片段，免疫系統會引發針對這些片段的發炎反應，這種反應具有強烈的選擇性。研究表明，這些細菌的某些菌株會導致痤瘡，而有些則不會。差異在於透明質酸酶中的HylA 和HylB略有不同，它們以不同的方式裂解透明質酸；HylA（PDB ID 8fyg）裂解透明質酸形成大的片段，促進發炎並導致痤瘡，而HyaB（PDB ID 8fnx）則將玻尿酸切碎成微小的二糖碎片，免疫系統不會強烈感知這些碎片。

探索結構

透明質酸酶

顯示方式: 静止图像

若要切換到有互動控制的頁面，請點擊圖表下方的按鈕。如果載入沒有開始，請嘗試點擊圖表。

蛇、蜘蛛、蝎子和蟄蟲等許多動物的毒液中通常含有透明質酸酶。這裡展示的其中一種結構（PDB ID 1fcv）來自蜜蜂的毒液。透明質酸酶本身沒有毒性，但在毒液中有助於分解蜇傷部位周圍的結締組織，從而使毒液中的有毒成分進一步擴散。其結構與我們的透明質酸酶非常相似，例如透明質酸酶-1（PDB ID 2pe4）和PH-20（計算模型AF_AFP38567F1 ）。然後，它有幫助精子穿過卵細胞周圍的保護膜，協助受精過程。點擊圖表下方的按鈕，切換到可操作的互動式圖像，詳細了解這些結構。

進一步的討論議題

  1. 透明質酸的結構是在1970年代利用纖維衍射技術確定的（例如PDB ID 2hya）。
  2. 一些噬菌體製造不尋常的透明質酸分解酶。例如，請參閱PDB ID 2c3f中的尾纖維蛋白。水蛭也會製造另一種透明質酸酶來幫助進食，可以在PDB ID 7eyo中找到其結構。

參考文獻

  1. 8fnx、8fyg Hajam, I.A., Katiki, M., McNally, R., Lazaro-Diez, M., Kolar, S., Chatterjee, A., Gonzalez, C., Paulchakrabarti, M., Choudhury, B., Caldera, J.R., Desmond, T., Tsai, C.M., Du, X., Li, H., Murali, R., Liu, G.Y. 2023 Functional divergence of a bacterial enzyme promotes healthy or acneic skin. Nat Commun 14 8061-8061
  2. Sindelar, M., Jilkova, J., Kubala, L., Velebny, V., Turkova, K. 2021 Hyaluronidases and hyaluronate lyases: From humans to bacteriophages. Colloids Surf. B Biointerfaces 208 112095
  3. Garantziotis, S., Savani, R. C. 2019 Hyaluronan biology: A complex balancing act of structure, function, location and context. Matrix Biol. 78-79 1-10
  4. 2pe4 Chao, K.L., Muthukumar, L., Herzberg, O. 2007 Structure of Human Hyaluronidase-1, a Hyaluronan Hydrolyzing Enzyme Involved in Tumor Growth and Angiogenesis. Biochemistry 46 6911-6920
  5. 1fcv Markovic-Housley, Z., Miglierini, G., Soldatova, L., Rizkallah, P.J., Muller, U., Schirmer, T. 2000 Crystal structure of hyaluronidase, a major allergen of bee venom. Structure 8 1025-1035

本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《當月的分子》2024年3月的文章的中文翻譯。請參考我們的條款和條件頁面。

	{
    "header": {
        "minimamHeightScale": 1.0,
        "scalingAnimSec": 0.3
    },
    "src": {
        "spacer": "/share/im/ui_spacer.png",
        "dummy": "/share/im/ui_dummy.png"
    },
    "spacer": "/share/im/ui_spacer.png"
}