GLUKOSEOXIDASE: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den glucoseoxidase, også kendt som β-D-glucose: oxygen 1-oxidoreductase, glucose-1-oxidase eller blot glucoseoxidase er en oxidoreduktase enzym er ansvarlig for oxidationen af glucose β-D-producerende D-gluconolacton og brintoverilte.

Det blev opdaget i slutningen af ​​1920'erne i ekstrakter af svampen Aspergillus niger. Dens tilstedeværelse er påvist i svampe og insekter, hvor den permanente produktion af brintperoxid på grund af dets katalytiske virkning har vigtige funktioner i forsvaret mod patogene svampe og bakterier.

Skematisk af strukturen af ​​enzymet Glucose Oxidase (Kilde Arcadian, via Wikimedia Commons)

I dag er glucoseoxidase blevet oprenset fra mange forskellige svampekilder, især fra slægterne Aspergillus og Penicillium. Selvom det kan anvende andre underlag, er det ret selektivt til oxidation af ß-D-glucose.

Det har flere anvendelser i industrielle og kommercielle sammenhænge, ​​hvilket skyldes dens lave produktionsomkostninger og store stabilitet.

I denne forstand bruges dette enzym både i fødevareproduktionsindustrien og i kosmetologi, farmaceutiske stoffer og klinisk diagnostik, ikke kun som et additiv, men også som en biosensor og / eller analytisk reagens til forskellige opløsninger og kropsvæsker.

egenskaber

Glukoseoxidase er en kugleformet flavoprotein, der bruger molekylært ilt som en elektronacceptor til at fremstille fra glukose D-glucono-δ-lacton og hydrogenperoxid.

I et cellulært system kan det producerede hydrogenperoxid forbruges af enzymkatalasen for at producere ilt og vand. Til gengæld hydrolyseres D-gluconolacton i nogle organismer til gluconsyre, som kan udføre forskellige funktioner.

De hidtil beskrevne glucoseoxidaseenzymer er i stand til at oxidere monosaccharider og andre klasser af forbindelser, men som tidligere omtalt er de ganske specifikke for p-anomeren til D-glucose.

De fungerer i sure pH-intervaller fra 3,5 til 6,5, og afhængigt af mikroorganismen kan dette interval variere betydeligt. Endvidere er svampe-glukoseoxidaser en af ​​de tre typer proteiner, der er bundet til orthophosphater.

Ligesom andre biologiske katalysatorer kan disse enzymer inhiberes af forskellige molekyler, herunder sølv, kobber og kviksølvioner, hydrazin og hydroxylamin, phenylhydrazin, natriumbisulfat, blandt andre.

Struktur

Glucoseoxidase er et dimert protein med to identiske monomerer på hver 80 kDa, kodet af det samme gen, kovalent bundet af to disulfidbroer, og hvis dynamik er involveret i enzymens katalytiske mekanisme.

Afhængig af organismen varierer den gennemsnitlige molekylvægt af homodimeren mellem 130 og 175 kDa, og til hver monomer, ved hjælp af en ikke-kovalent binding, fastgøres et flavin-adenin-nukleotid (FAD), som er et coenzym, der fungerer som en elektrontransporter under katalyse..

Struktur af monomerer

Analysen af ​​monomererne af forskellige glukosoxidaser, der findes i naturen, afslører, at de er opdelt i to forskellige regioner eller domæner: et, der binder til FAD og et andet, der binder til glukose.

Det FAD-bindende domæne er sammensat af p-foldede ark, medens det glukosebindende domæne består af 4 alfa-helixer, som understøtter flere antiparallelle p-foldede ark.

glykosylering

De første undersøgelser udført med A. niger-enzymet viser, at dette protein har 20% af dets friske vægt sammensat af aminosukkere, og at yderligere 16-19% svarer til kulhydrater, hvoraf mere end 80% er mannoserester bundet til proteinet med N- eller O-glycosidiske bindinger.

Selvom disse kulhydrater ikke er essentielle til katalyse, er der rapporter om, at eliminering eller fjernelse af disse sukkerholdige rester nedsætter proteinets strukturelle stabilitet. Dette kan skyldes opløselighed og resistens over for proteaser, som dette "lag" af kulhydrater giver det.

Funktioner

Som svagt spiller svampe og insekter glukoseoxidase en vigtig forsvarsfunktion mod patogene svampe og bakterier ved at opretholde en konstant kilde til oxidativ stress gennem den permanente produktion af brintperoxid.

At tale om andre generelle funktioner af glukoseoxidaseenzymet er ikke så simpelt, da det har meget særlige værktøjer i de forskellige organismer, der udtrykker det. Hos bier bidrager det for eksempel udskillelse fra hypopharyngeal kirtler til spyt til bevarelsen af ​​honning.

Afhængigt af livscyklusfasen fungerer det i andre insekter ved desinfektion af indtagne fødevarer og undertrykkelse af planternes forsvarssystemer (f.eks. Når det gælder fytofagiske insekter).

For mange svampe er dette et afgørende enzym til dannelse af brintperoxid, der fremmer nedbrydningen af ​​lignin. Til gengæld er det kun for andre typer svampe et antibakterielt og svampedæmpende system.

Funktioner i branchen

På det industrielle område er glucoseoxidase blevet udnyttet på mange måder, blandt hvilke vi kan specificere:

- Som et tilsætningsstof under fødevareforarbejdning, hvor det fungerer som en antioxidant, konserveringsmiddel og stabilisator af fødevarer.

- Ved konservering af mejeriederivater, hvor det fungerer som et antimikrobielt middel.

- Det bruges under produktionen af ​​ægpulver til eliminering af glukose og produktion af brintperoxid, der forhindrer vækst af mikroorganismer.

- Det er også nyttigt i produktionen af ​​vin med lavt alkoholindhold. Dette skyldes dets evne til at indtage glukosen, der er til stede i de juice, der bruges til gæring.

- Gluconsyre, et af de sekundære produkter i reaktionen katalyseret med glukoseoxidase, udnyttes også til farvning af tekstiler, rengøring af metaloverflader, som fødevaretilsætningsstof, som tilsætningsstof i vaskemidler og endda i lægemidler og kosmetik.

Glukosesensorer

Der er forskellige test for at census glukosekoncentration under forskellige betingelser, der er baseret på immobilisering af enzymet glucoseoxidase på en specifik bærer.

Der er designet tre typer assays i branchen, der bruger dette enzym som en biosensor, og forskellene mellem dem er i forhold til detekteringssystemet for glukose og / eller iltforbrug eller produktionen af ​​brintperoxid.

Ud over deres anvendelighed i fødevareindustrien udnyttes biosensorer til glukose til bestemmelse af mængden af ​​glukose i kropsvæsker såsom blod og urin. Dette er normalt rutinetests til påvisning af patologiske og andre fysiologiske tilstande.

Referencer

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Glukoseoxidase - En oversigt. Bioteknologiske fremskridt, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Dynamiske og strukturelle egenskaber for glucoseoxidaseenzym. Eur Biophys, 27, 19-25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glukoseoxidase som en analytisk reagens. Kritiske anmeldelser i analytisk kemi, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., & Turner, A. (1992). Glukoseoxidase: et ideelt enzym. Biosensorer & bioelektronik, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH, & Chen, XD (2008). Glukoseoxidase: naturlig forekomst, funktion, egenskaber og industrielle anvendelser. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.