GLUKOOSIOKSIDAASI: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2025

Glukoosioksidaasi, joka tunnetaan myös nimellä β-D-glukoosia: happi 1-oksidoreduktaasi, glukoosi-1-oksidaasia tai yksinkertaisesti glukoosioksidaasi on oksidoreduktaasi entsyymi, joka vastaa glukoosin hapettumisen β-D-tuottavat D-glukonolaktonin ja vetyperoksidi.

Se löydettiin 1920-luvun lopulla Aspergillus nigerin sieniuutteista. Sen läsnäolo on osoitettu sienissä ja hyönteisissä, joissa vetyperoksidin pysyvällä tuotannolla katalyyttisen vaikutuksensa vuoksi on tärkeitä tehtäviä suojautua patogeenisiltä sieniltä ja bakteereilta.

Kaavio entsyymin glukoosioksidaasi (lähde Arcadian, kautta Wikimedia Commons)

Nykyään glukoosioksidaasi on puhdistettu monista eri sienilähteistä, erityisesti sukuista Aspergillus ja Penicillium. Vaikka se voi käyttää muita substraatteja, se on melko selektiivinen P-D-glukoosin hapettumiselle.

Sillä on useita käyttökohteita teollisessa ja kaupallisessa tilanteessa, mikä johtuu alhaisista tuotantokustannuksista ja suuresta vakaudesta.

Tässä mielessä tätä entsyymiä käytetään sekä elintarviketeollisuudessa että kosmetologiassa, lääkkeissä ja kliinisessä diagnostiikassa, ei vain lisäaineena, vaan myös biosensorina ja / tai analyyttisenä reagenssina erilaisille liuoksille ja kehon nesteille.

ominaisuudet

Glukoosioksidaasi on pallomainen flavoproteiini, joka käyttää molekyylin happea elektroniakseptorina tuottamaan glukoosista, D-glukoni-δ-laktonista ja vetyperoksidista.

Katalaasi-entsyymi voi solujärjestelmässä tuottaa vetyperoksidia hapen ja veden tuottamiseksi. Joissakin organismeissa D-glukonolaktoni hydrolysoidaan glukonihapoksi, joka voi suorittaa erilaisia ​​toimintoja.

Tähän mennessä kuvatut glukoosioksidaasientsyymit kykenevät hapettamaan monosakkarideja ja muita yhdisteluokkia, mutta kuten aikaisemmin on puhuttu, ne ovat varsin spesifisiä D-glukoosin P-anomeerille.

Ne toimivat happamissa pH-arvoissa, välillä 3,5 - 6,5, ja mikro-organismista riippuen tämä alue voi vaihdella huomattavasti. Lisäksi sieni-glukoosioksidaasit ovat yksi kolmesta proteiinityypistä, jotka ovat sitoutuneet ortofosfaateihin.

Kuten muutkin biologiset katalyytit, näitä entsyymejä voidaan estää erilaisilla molekyyleillä, mukaan lukien hopea-, kupari- ja elohopea-ionit, hydratsiini ja hydroksyyliamiini, fenyylihydratsiini, natriumbisulfaatti.

Rakenne

Glukoosioksidaasi on dimeerinen proteiini, jolla on kaksi identtistä monomeeriä, joiden molemmat ovat 80 kDa, molemmat koodaa sama geeni, kovalenttisesti kytketty kahdella disulfidisillalla ja jonka dynaamisuus liittyy entsyymin katalyyttiseen mekanismiin.

Organismista riippuen, homodimeerin keskimääräinen molekyylipaino vaihtelee välillä 130 - 175 kDa, ja jokaiselle monomeerille ei-kovalenttisen sidoksen kautta kiinnittyy flaviiniadeniininukleotidi (FAD), joka on koentsyymi, joka toimii elektronin kuljettimena katalyytin aikana..

Monomeerien rakenne

Luonnossa olevien erilaisten glukosaasioksidaasien monomeerien analyysi paljastaa, että ne on jaettu kahteen eri alueeseen tai domeeniin: yksi, joka sitoutuu FAD: ään, ja toinen, joka sitoutuu glukoosiin.

FAD: ää sitova domeeni koostuu P-taitettuista levyistä, kun taas glukoosia sitova domeeni koostuu 4 alfa-heliksistä, jotka tukevat useita anti-rinnakkaisia ​​P-taitettuja arkkeja.

glykosylaatio

Ensimmäisissä A. niger -entsyymiä käyttämällä suoritetuissa tutkimuksissa todettiin, että tämän proteiinin tuoreesta painosta 20% koostuu aminosokereista ja että toinen 16-19% vastaa hiilihydraatteja, joista yli 80% on mannoositähteitä kiinnittyneinä proteiiniin N- tai O-glykosidisidoksilla.

Vaikka nämä hiilihydraatit eivät ole välttämättömiä katalyysiin, on olemassa raportteja, että näiden sokeripitoisten jäännösten poistaminen tai poistaminen vähentää proteiinin rakenteellista stabiilisuutta. Tämä voi johtua liukoisuudesta ja vastustuskyvystä proteaaseille, joita tämä hiilihydraattien "kerros" antaa sille.

ominaisuudet

Sienissä ja hyönteisissä, kuten keskusteltiin, glukoosioksidaasilla on olennainen suojatoiminto taudinaiheuttajia ja bakteereja vastaan ​​pitämällä yllä jatkuvaa hapettavan stressin lähdettä vetyperoksidin jatkuvan tuotannon kautta.

Glukoosioksidaasi-entsyymin muista yleisistä toiminnoista puhuminen ei ole niin yksinkertaista, koska sillä on hyvin erityisiä hyödyllisyyksiä sitä ilmaisevissa eri organismeissa. Esimerkiksi mehiläisissä sen erittyminen nenänielun rauhasesta sylkeen edistää hunajan säilymistä.

Muissa hyönteisissä elinkaarivaiheesta riippuen se toimii nautittujen elintarvikkeiden desinfioinnissa ja kasvien puolustusjärjestelmien tukahduttamisessa (esimerkiksi kun kyse on kasvipitoisista hyönteisistä).

Monille sienille tämä on ratkaiseva entsyymi vetyperoksidin muodostumiselle, mikä edistää ligniinin hajoamista. Muun tyyppisten sienten osalta se on puolestaan ​​vain antibakteerinen ja sienenvastainen puolustusjärjestelmä.

Toimialat teollisuudessa

Teollisuudessa glukoosioksidaasia on hyödynnetty monin tavoin, joista voidaan eritellä:

- Lisäaineena elintarvikkeiden jalostuksen aikana, kun se toimii antioksidanttina, säilöntäaineena ja elintarvikkeiden stabilointiaineena.

- meijerijohdannaisten säilyttämisessä, kun se toimii mikrobilääkkeinä.

- Sitä käytetään munajauheen valmistuksessa glukoosin poistamiseen ja vetyperoksidin tuotantoon, joka estää mikro-organismien kasvua.

- Se on hyödyllinen myös vähän alkoholia sisältävien viinien valmistuksessa. Tämä johtuu sen kyvystä kuluttaa käymiseen käytetyissä mehuissa olevaa glukoosia.

- Glukonihappoa, yhtä reaktion sekundaarituotteita, jota glukoosioksidaasi katalysoi, käytetään myös tekstiilien värjäyksessä, metallipintojen puhdistamisessa, elintarvikelisäaineena, lisäaineena pesuaineissa ja jopa lääkkeissä ja kosmetiikassa.

Glukoosianturit

On olemassa erilaisia ​​testejä glukoosikonsentraation laskemiseksi erilaisissa olosuhteissa, jotka perustuvat glukoosioksidaasi-entsyymin immobilisointiin tiettyyn alustaan.

Teollisuudessa on suunniteltu kolmen tyyppisiä määrityksiä, jotka käyttävät tätä entsyymiä biosensorina, ja niiden väliset erot ovat suhteessa glukoosin ja / tai hapenkulutuksen havaitsemisjärjestelmään tai vetyperoksidin tuotantoon.

Elintarviketeollisuuden hyödyllisyyden lisäksi glukoosibiosensoreita hyödynnetään glukoosimäärän määrittämiseksi kehon nesteissä, kuten veressä ja virtsassa. Nämä ovat yleensä rutiinitestejä patologisten ja muiden fysiologisten tilojen havaitsemiseksi.

Viitteet

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS ja Ananthanarayan, L. (2009). Glukoosioksidaasi - yleiskatsaus. Biotechnology Advances, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., ja Alpert, B. (1998). Glukoosioksidaasientsyymin dynaamiset ja rakenteelliset ominaisuudet. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glukoosioksidaasi analyyttisenä reagenssina. Kriittiset arvostelut analyyttisessä kemiassa, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., ja Turner, A. (1992). Glukoosioksidaasi: ihanteellinen entsyymi. Biosensorit ja bioelektroniikka, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH ja Chen, XD (2008). Glukoosioksidaasi: luonnollinen esiintyminen, toiminta, ominaisuudet ja teolliset sovellukset. Appi Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.