ГЛЮКОЗООКСИДАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В оксидаза глюкоза, известен също като β-D-глюкоза: кислород 1-оксидоредуктаза, глюкоза-1-оксидаза или просто глюкоза оксидаза е оксидоредуктаза ензим, отговорен за окислението на глюкоза β-D-продуциращи D-глюконолактон и водороден пероксид.

Открит е в края на 20-те години в екстракти от гъбата Aspergillus niger. Наличието му е доказано при гъби и насекоми, където постоянното производство на водороден пероксид, поради своето каталитично действие, има важни функции в защита срещу патогенни гъби и бактерии.

Схема на структурата на ензима Глюкоза Оксидаза (Източник Arcadian, via Wikimedia Commons)

Днес глюкозооксидазата е пречистена от много различни гъбични източници, особено от родовете Aspergillus и Penicillium. Въпреки че може да използва други субстрати, той е доста селективен за окисляването на β-D-глюкозата.

Той има многобройни приложения в индустриален и търговски контекст, което се дължи на ниската му производствена цена и голяма стабилност.

В този смисъл този ензим се използва както в индустрията за производство на храни, така и в козметологията, във фармацевтиката и в клиничната диагностика, не само като добавка, но като биосензор и / или аналитичен реагент за различни разтвори и телесни течности.

характеристики

Глюкозооксидазата е кълбовиден флавопротеин, който използва молекулен кислород като акцептор на електрон, за да произвежда от глюкоза, D-глюконо-δ-лактон и водороден пероксид.

В клетъчна система произведеният водороден пероксид може да се консумира от ензима каталаза за производството на кислород и вода. От своя страна, в някои организми D-глюконолактон се хидролизира до глюконова киселина, която може да изпълнява различни функции.

Описаните досега ензими на глюкозооксидазата са способни да окисляват монозахариди и други класове съединения, но както вече беше обсъдено, те са доста специфични за β аномера на D-глюкозата.

Те работят в кисели диапазони на pH, от 3,5 до 6,5, и в зависимост от микроорганизма, този диапазон може да варира значително. Освен това гъбичните глюкозни оксидази са един от трите вида протеини, които са свързани с ортофосфати.

Подобно на други биологични катализатори, тези ензими могат да бъдат инхибирани от различни молекули, включително йони на сребро, мед и живак, хидразин и хидроксиламин, фенилхидразин, натриев бисулфат.

структура

Глюкозооксидазата е димерен протеин с два еднакви мономера от 80 kDa всеки, кодиран от един и същ ген, ковалентно свързан с два дисулфидни моста и чийто динамизъм участва в каталитичния механизъм на ензима.

В зависимост от организма, средното молекулно тегло на хомодимера варира между 130 и 175 kDa и към всеки мономер се прикрепя чрез нековалентна връзка флавин-аденинов нуклеотид (FAD), който е коензим, който функционира като преносител на електрон по време на катализа.,

Структура на мономерите

Анализът на мономерите на различни глюкоза оксидази, открити в природата, разкрива, че те са разделени на два различни региона или домена: един, който се свързва с FAD, а другият, който се свързва с глюкоза.

FAD-свързващият домен се състои от β-сгънати листове, докато глюкозо-свързващият домен се състои от 4 алфа спирали, които поддържат няколко антипаралелни β-сгънати листа.

гликолизирането

Първите проучвания, проведени с помощта на ензима A. niger, установяват, че този протеин има 20% от прясното си тегло, съставено от амино захари и че още 16-19% съответстват на въглехидрати, от които повече от 80% са остатъци от маноза прикрепен към протеина чрез N- или О-гликозидни връзки.

Въпреки че тези въглехидрати не са от съществено значение за катализа, има съобщения, че елиминирането или отстраняването на тези захарни остатъци намалява структурната стабилност на протеина. Това може да се дължи на разтворимостта и устойчивостта на протеази, които този „слой” въглехидрати му придава.

Характеристика

При гъбичките и насекомите, както беше споменато, глюкозата оксидаза играе съществена защитна функция срещу патогенни гъби и бактерии, като поддържа постоянен източник на оксидативен стрес чрез постоянното производство на водороден пероксид.

Говоренето за други общи функции на ензима глюкозооксидаза не е толкова просто, тъй като има много специфични функции в различните организми, които го изразяват. При пчелите например секрецията му от хипофарингеалните жлези в слюнката допринася за запазването на меда.

При други насекоми, в зависимост от етапа на жизнения цикъл, той работи при дезинфекцията на погълнатата храна и при потискането на защитните системи на растенията (например, когато става въпрос за фитофагични насекоми).

За много гъби това е решаващ ензим за образуването на водороден пероксид, който насърчава разграждането на лигнин. От своя страна, за други видове гъби това е просто антибактериална и противогъбична защитна система.

Функции в индустрията

В индустриалната област глюкозата оксидаза е експлоатирана по много начини, сред които можем да посочим:

- Като добавка по време на обработка на храни, когато действа като антиоксидант, консервант и стабилизатор на хранителни продукти.

- В консервирането на млечни производни, където действа като антимикробно средство.

- Използва се по време на производството на яйчен прах за елиминиране на глюкозата и производството на водороден пероксид, който предотвратява растежа на микроорганизмите.

- Полезен е и при производството на слабоалкохолни вина. Това се дължи на способността му да консумира глюкозата, присъстваща в соковете, използвани за ферментация.

- Глюконовата киселина, един от вторичните продукти на реакцията, катализирана от глюкоза оксидаза, също се използва за боядисване на текстил, почистване на метални повърхности, като хранителна добавка, като добавка в перилни препарати и дори в лекарства и козметика.

Глюкозни сензори

Съществуват различни тестове за преброяване на концентрацията на глюкоза при различни условия, които се основават на обездвижване на ензима глюкоза оксидаза върху специфична подложка.

В индустрията са проектирани три типа анализи, които използват този ензим като биосензор, а разликите между тях са по отношение на системата за откриване на глюкоза и / или кислород или за производството на водороден пероксид.

В допълнение към полезността им в хранително-вкусовата промишленост се използват биосензори за глюкоза за определяне на количеството глюкоза в телесни течности, като кръв и урина. Това обикновено са рутинни тестове за откриване на патологични и други физиологични състояния.

Препратки

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Глюкозооксидаза - Преглед. Биотехнологични постижения, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Динамични и структурни свойства на ензима глюкозооксидаза. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Глюкозата оксидаза като аналитичен реагент. Критични рецензии в аналитичната химия, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., & Turner, A. (1992). Глюкозна оксидаза: идеален ензим. Биосензори и биоелектроника, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH, & Chen, XD (2008). Глюкозооксидаза: естествено възникване, функция, свойства и промишлено приложение. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.