GLUKOSEOKSIDASE: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

Den glukoseoksydase , også kjent som β-D-glukose og oksygen 1-oksidoreduktase, glukose-1-oksydase eller bare glucoseoxidasen er en oksidoreduktase enzym som er ansvarlig for oksydasjon av glukose β-D-produserende D-glukonolakton og hydrogenperoksyd.

Den ble oppdaget på slutten av 1920-tallet i ekstrakter av soppen Aspergillus niger. Dens tilstedeværelse er påvist i sopp og insekter, der den permanente produksjonen av hydrogenperoksid på grunn av sin katalytiske virkning har viktige funksjoner i forsvaret mot patogene sopp og bakterier.

Skjematisk over strukturen til enzymet glukoseoksidase (kilde Arcadian, via Wikimedia Commons)

I dag er glukoseoksidase blitt renset fra mange forskjellige soppkilder, spesielt fra slektene Aspergillus og Penicillium. Selv om det kan benytte andre underlag, er det ganske selektivt for oksidasjon av ß-D-glukose.

Den har flere bruksområder i industrielle og kommersielle sammenhenger, noe som skyldes lave produksjonskostnader og store stabilitet.

I denne forstand brukes dette enzymet både i matproduksjonsindustrien og i kosmetikk, farmasøytisk og klinisk diagnostikk, ikke bare som et tilsetningsstoff, men også som en biosensor og / eller analytisk reagens for forskjellige oppløsninger og kroppsvæsker.

kjennetegn

Glukoseoksidase er et kuleformet flavoprotein som bruker molekylært oksygen som elektronakseptor for å produsere, fra glukose, D-glucono-5-lakton og hydrogenperoksyd.

I et cellulært system kan produsert hydrogenperoksyd forbrukes av enzymet katalase for å produsere oksygen og vann. I noen organismer hydrolyseres D-glukonolakton til glukonsyre, som kan utføre forskjellige funksjoner.

Glukoseoksidaseenzymer som er beskrevet så langt er i stand til å oksidere monosakkarider og andre klasser av forbindelser, men som tidligere omtalt er de ganske spesifikke for p-anomeren til D-glukose.

De fungerer i sure pH-områder, fra 3,5 til 6,5, og avhengig av mikroorganismen, kan dette området variere betydelig. Videre er soppglukoseoksidaser en av de tre typene proteiner som er bundet til ortofosfater.

I likhet med andre biologiske katalysatorer kan disse enzymene inhiberes av forskjellige molekyler, inkludert sølv, kobber og kvikksølvioner, hydrazin og hydroksylamin, fenylhydrazin, natriumbisulfat, blant andre.

Struktur

Glukoseoksidase er et dimert protein med to identiske monomerer på 80 kDa hver, kodet av det samme genet, kovalent bundet av to disulfidbroer og hvis dynamikk er involvert i den katalytiske mekanismen til enzymet.

Avhengig av organismen, varierer den gjennomsnittlige molekylvekten til homodimeren mellom 130 og 175 kDa og til hver monomer, gjennom en ikke-kovalent binding, festes et flavinadeninnukleotid (FAD), som er et koenzym som fungerer som en elektrontransporter under katalyse. .

Struktur av monomerer

Analysen av monomerer av forskjellige glukosoksidaser funnet i naturen avslører at de er delt inn i to forskjellige regioner eller domener: den ene som binder seg til FAD og den andre som binder seg til glukose.

Det FAD-bindende domene er sammensatt av p-brettede ark, mens det glukosebindende domenet består av 4 alfa-helikser, som støtter flere antiparallelle p-brettede ark.

glykosylering

De første studiene som ble utført med A. niger-enzymet, viser at dette proteinet har 20% av sin ferske vekt sammensatt av aminosukkere, og at ytterligere 16-19% tilsvarer karbohydrater, hvorav mer enn 80% er mannoserester. festet til proteinet av N- eller O-glykosidbindinger.

Selv om disse karbohydratene ikke er essensielle for katalyse, er det rapporter om at eliminering eller fjerning av disse sukkerholdige restene reduserer den strukturelle stabiliteten til proteinet. Dette kan skyldes løseligheten og motstanden mot proteaser som dette "laget" av karbohydrater gir.

Egenskaper

Som diskutert spiller glukoseoksidase hos sopp og insekter en essensiell forsvarsfunksjon mot sykdomsfremkallende sopp og bakterier ved å opprettholde en konstant kilde til oksidativt stress gjennom permanent produksjon av hydrogenperoksyd.

Det er ikke så enkelt å snakke om andre generelle funksjoner for glukoseoksidaseenzym, da det har veldig spesielle verktøy i de forskjellige organismer som uttrykker det. Hos bier bidrar for eksempel sekresjonen fra hypofaryngealkjertlene til spytt til bevaring av honning.

Avhengig av livssyklusens fase fungerer det i andre insekter ved desinfisering av inntatt mat og undertrykkelse av forsvarssystemene til planter (når det gjelder fytofagiske insekter, for eksempel).

For mange sopp er dette et avgjørende enzym for dannelse av hydrogenperoksyd som fremmer nedbrytningen av lignin. For andre typer sopp er det bare et antibakterielt og soppdrepende forsvarssystem.

Funksjoner i bransjen

På det industrielle området har glukoseoksidase blitt utnyttet på mange måter, blant hvilke vi kan spesifisere:

- Som tilsetningsstoff under matforedling, hvor det fungerer som en antioksidant, konserveringsmiddel og stabilisator av matprodukter.

- I konservering av melkederivater, der det fungerer som et antimikrobielt middel.

- Det brukes under produksjon av eggpulver for eliminering av glukose og produksjon av hydrogenperoksyd som forhindrer vekst av mikroorganismer.

- Det er også nyttig i produksjonen av vin med lite alkohol. Dette skyldes dens evne til å konsumere glukosen som er til stede i juice som brukes til gjæring.

- Glukonsyre, et av sekundærproduktene fra reaksjonen katalysert av glukoseoksidase, utnyttes også til farging av tekstiler, rengjøring av metalloverflater, som tilsetningsstoff til mat, som tilsetningsstoff i vaskemidler og til og med i medikamenter og kosmetikk.

Glukosesensorer

Det er forskjellige tester for å census glukosekonsentrasjonen under forskjellige forhold som er basert på immobiliseringen av enzymet glukoseoksidase på en spesifikk bærer.

Det er designet tre typer analyser i industrien som bruker dette enzymet som biosensor, og forskjellene mellom dem er relativt til deteksjonssystemet for glukose og / eller oksygenforbruk eller produksjon av hydrogenperoksyd.

I tillegg til deres nytte i matindustrien, utnyttes biosensorer for glukose for å bestemme mengden glukose i kroppsvæsker som blod og urin. Dette er vanligvis rutinetester for påvisning av patologiske og andre fysiologiske forhold.

referanser

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Glukoseoksidase - En oversikt. Biotechnology Advances, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Dynamiske og strukturelle egenskaper til glukoseoksidaseenzym. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glukoseoksidase som en analytisk reagens. Kritiske anmeldelser i analytisk kjemi, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., & Turner, A. (1992). Glukoseoksidase: et ideelt enzym. Biosensors & Bioelectronics, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH, & Chen, XD (2008). Glukoseoksidase: naturlig forekomst, funksjon, egenskaper og industrielle anvendelser. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.