Oksydaza glukozy , znany także jako P-D-glukozy: tlenu, 1-oksydoreduktaza, glukozy 1 oksydazy lub oksydaza glukozy jest tylko enzym oksydoreduktazy odpowiedzialna za utlenianie glukozy P-D-wytwarzania D-glukonolaktonu i nadtlenek wodoru.
Został odkryty pod koniec lat dwudziestych XX wieku w ekstraktach z grzyba Aspergillus niger. Jego obecność została udowodniona u grzybów i owadów, gdzie stała produkcja nadtlenku wodoru, dzięki swojemu działaniu katalitycznemu, pełni ważne funkcje w obronie przed chorobotwórczymi grzybami i bakteriami.
Schemat budowy enzymu oksydazy glukozowej (źródło Arcadian, za Wikimedia Commons)
Obecnie oksydaza glukozowa została oczyszczona z wielu różnych źródeł grzybów, zwłaszcza z rodzajów Aspergillus i Penicillium. Chociaż może wykorzystywać inne substraty, jest dość selektywny w utlenianiu β-D-glukozy.
Ma wiele zastosowań w przemyśle i handlu, co wynika z jego niskich kosztów produkcji i dużej stabilności.
W tym sensie enzym ten jest stosowany zarówno w przemyśle spożywczym, jak i kosmetologii, w farmacji oraz w diagnostyce klinicznej, nie tylko jako dodatek, ale jako biosensor i / lub odczynnik analityczny do różnych roztworów i płynów ustrojowych.
cechy
Oksydaza glukozowa to globularna flawoproteina, która wykorzystuje tlen cząsteczkowy jako akceptor elektronów do produkcji D-glukono-δ-laktonu i nadtlenku wodoru z glukozy.
W systemie komórkowym wytworzony nadtlenek wodoru może być zużyty przez enzym katalazę do produkcji tlenu i wody. Z kolei w niektórych organizmach D-glukonolakton ulega hydrolizie do kwasu glukonowego, który może pełnić różne funkcje.
Opisane dotychczas enzymy oksydazy glukozowe są zdolne do utleniania monosacharydów i innych klas związków, jednakże, jak omówiono wcześniej, są one dość specyficzne dla β anomeru D-glukozy.
Działają w kwaśnych zakresach pH, od 3,5 do 6,5 iw zależności od mikroorganizmu zakres ten może się znacznie różnić. Ponadto grzybicze oksydazy glukozowe są jednym z trzech typów białek związanych z ortofosforanami.
Podobnie jak inne katalizatory biologiczne, enzymy te mogą być hamowane przez różne cząsteczki, w tym między innymi jony srebra, miedzi i rtęci, hydrazynę i hydroksyloaminę, fenylohydrazynę, wodorosiarczan sodu.
Struktura
Oksydaza glukozowa jest dimerycznym białkiem z dwoma identycznymi monomerami po 80 kDa każdy, kodowanymi przez ten sam gen, połączonymi kowalencyjnie dwoma mostkami disiarczkowymi i którego dynamizm bierze udział w mechanizmie katalitycznym enzymu.
W zależności od organizmu, średnia masa cząsteczkowa homodimeru waha się między 130 a 175 kDa, a do każdego monomeru jest przyłączony, poprzez wiązanie niekowalencyjne, nukleotyd flawino-adeninowy (FAD), który jest koenzymem pełniącym funkcję transportera elektronów podczas katalizy. .
Struktura monomerów
Analiza monomerów różnych oksydaz glukozy występujących w przyrodzie ujawnia, że są one podzielone na dwa różne regiony lub domeny: jedną wiążącą się z FAD i drugą, która wiąże się z glukozą.
Domena wiążąca FAD składa się z pofałdowanych β arkuszy, podczas gdy domena wiążąca glukozę składa się z 4 alfa helis, które podtrzymują kilka antyrównoległych pofałdowanych arkuszy.
Glikozylacja
Pierwsze badania przeprowadzone z użyciem enzymu A. niger wykazały, że 20% świeżej masy tego białka składa się z aminocukrów, a kolejne 16–19% to węglowodany, z których ponad 80% to reszty mannozy. przyłączony do białka wiązaniami N- lub O-glikozydowymi.
Chociaż te węglowodany nie są niezbędne do katalizy, istnieją doniesienia, że eliminacja lub usunięcie tych reszt cukrowych zmniejsza stabilność strukturalną białka. Może to wynikać z rozpuszczalności i odporności na proteazy, które nadaje jej ta „warstwa” węglowodanów.
cechy
U grzybów i owadów, jak omówiono, oksydaza glukozowa pełni zasadniczą funkcję obronną przed chorobotwórczymi grzybami i bakteriami, utrzymując stałe źródło stresu oksydacyjnego poprzez stałą produkcję nadtlenku wodoru.
Mówienie o innych ogólnych funkcjach enzymu oksydazy glukozowej nie jest takie proste, ponieważ ma on bardzo szczególne zastosowania w różnych organizmach, które ją wyrażają. Na przykład u pszczół jego wydzielanie z gruczołów gardłowo-gardłowych do śliny przyczynia się do zachowania miodu.
U innych owadów, w zależności od etapu cyklu życiowego, działa przy dezynfekcji spożytego pokarmu i tłumieniu systemów obronnych roślin (np. U owadów fitofagicznych).
Dla wielu grzybów jest to kluczowy enzym do tworzenia nadtlenku wodoru, który sprzyja degradacji ligniny. Z kolei dla innych rodzajów grzybów jest to jedynie system obrony przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybiczej.
Funkcje w przemyśle
W przemyśle oksydaza glukozowa została wykorzystana na wiele sposobów, spośród których możemy wymienić:
- Jako dodatek podczas przetwórstwa żywności, gdzie działa jako przeciwutleniacz, konserwant i stabilizator produktów spożywczych.
- W konserwacji produktów mleczarskich, gdzie działa jako środek przeciwbakteryjny.
- Wykorzystywany jest przy produkcji proszku jajecznego do eliminacji glukozy i produkcji nadtlenku wodoru, który zapobiega rozwojowi mikroorganizmów.
- Sprawdza się również przy produkcji win niskoalkoholowych. Wynika to z jego zdolności do konsumowania glukozy obecnej w sokach używanych do fermentacji.
- Kwas glukonowy, jeden z wtórnych produktów reakcji katalizowanej przez oksydazę glukozową, jest również wykorzystywany do barwienia tekstyliów, czyszczenia powierzchni metalowych, jako dodatek do żywności, jako dodatek do detergentów, a nawet w lekach i kosmetykach.
Czujniki glukozy
Istnieją różne testy służące do spisania stężenia glukozy w różnych warunkach, które opierają się na unieruchomieniu enzymu oksydazy glukozowej na określonym podłożu.
W przemyśle zaprojektowano trzy rodzaje testów, które wykorzystują ten enzym jako biosensor, a różnice między nimi dotyczą systemu wykrywania zużycia glukozy i / lub tlenu lub produkcji nadtlenku wodoru.
Oprócz ich zastosowania w przemyśle spożywczym bioczujniki glukozy są wykorzystywane do określania ilości glukozy w płynach ustrojowych, takich jak krew i mocz. Są to zazwyczaj rutynowe testy do wykrywania stanów patologicznych i innych stanów fizjologicznych.
Bibliografia
- Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS i Ananthanarayan, L. (2009). Oksydaza glukozowa - przegląd. Biotechnology Advances, 27 (4), 489–501.
- Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Dynamiczne i strukturalne właściwości enzymu oksydazy glukozowej. Eur Biophys, 27, 19–25.
- Raba, J. i Mottola, HA (1995). Oksydaza glukozowa jako odczynnik analityczny. Critical Reviews in Analytical Chemistry, 25 (1), 1–42.
- Wilson, R., & Turner, A. (1992). Oksydaza glukozowa: idealny enzym. Biosensors & Bioelectronics, 7, 165–185.
- Wong, CM, Wong, KH i Chen, XD (2008). Oksydaza glukozowa: występowanie naturalne, funkcja, właściwości i zastosowania przemysłowe. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.