- vlastnosti
- štruktúra
- Štruktúra monomérov
- glykozylácie
- Vlastnosti
- Funkcie v priemysle
- Glukózové senzory
- Referencie
Glukózooxidázou , známy tiež ako p-D-glukóza: kyslík 1-oxidoreduktázy, glukóza-1-amino-oxidázy alebo jednoducho glukóza oxidáza je oxidoreduktázový enzým zodpovedný za oxidáciu glukózy p-D-produkujúce D-glukonolakton a peroxid vodíka.
Bolo objavené na konci 20. rokov vo výťažkoch z huby Aspergillus niger. Jeho prítomnosť bola dokázaná v hubách a hmyze, kde permanentná produkcia peroxidu vodíka má vďaka svojmu katalytickému pôsobeniu dôležité funkcie v obrane proti patogénnym hubám a baktériám.
Schéma štruktúry enzýmu glukózová oxidáza (zdroj Arcadian, prostredníctvom Wikimedia Commons)
V súčasnosti sa glukóza oxidáza čistila z mnohých rôznych zdrojov húb, najmä z rodov Aspergillus a Penicillium. Aj keď môže používať iné substráty, je celkom selektívny na oxidáciu p-D-glukózy.
Má viacnásobné použitie v priemyselnom a obchodnom kontexte, čo je spôsobené jeho nízkymi výrobnými nákladmi a veľkou stabilitou.
V tomto zmysle sa tento enzým používa tak v potravinárskom priemysle, ako aj v kozmetike, farmaceutickom priemysle a klinickej diagnostike, nielen ako doplnková látka, ale aj ako biosenzor a / alebo analytické činidlo pre rôzne roztoky a telové tekutiny.
vlastnosti
Glukóza-oxidáza je globulárny flavoproteín, ktorý využíva molekulárny kyslík ako akceptor elektrónov na výrobu glukózy, D-glukono-5-laktónu a peroxidu vodíka.
V bunkovom systéme je možné vyrobiť peroxid vodíka pomocou enzýmu katalázy za vzniku kyslíka a vody. Naopak, v niektorých organizmoch je D-glukonolaktón hydrolyzovaný na kyselinu glukonovú, ktorá môže vykonávať rôzne funkcie.
Doteraz opísané enzýmy glukózoxidázy sú schopné oxidovať monosacharidy a iné triedy zlúčenín, a ako už bolo uvedené, sú celkom špecifické pre p-anomér D-glukózy.
Pôsobia v kyslom rozmedzí pH od 3,5 do 6,5 a v závislosti od mikroorganizmu sa tento rozsah môže značne líšiť. Ďalej fungálne glukózové oxidázy sú jedným z troch typov proteínov, ktoré sa viažu na ortofosfáty.
Podobne ako iné biologické katalyzátory môžu byť tieto enzýmy inhibované rôznymi molekulami, medzi inými okrem iného striebra, medi a ortuti, hydrazínu a hydroxylamínu, fenylhydrazínu, bisulfátu sodného.
štruktúra
Glukóza-oxidáza je dimérny proteín s dvoma identickými monomérmi s 80 kDa, každý kódovaný rovnakým génom, kovalentne spojený dvoma disulfidovými mostíkmi a ktorého dynamika je zapojená do katalytického mechanizmu enzýmu.
V závislosti od organizmu sa priemerná molekulová hmotnosť homodiméru pohybuje medzi 130 a 175 kDa a ku každému monoméru je pripojený nekovalentnou väzbou flavín-adenínový nukleotid (FAD), čo je koenzým, ktorý počas katalýzy funguje ako elektrónový transportér. ,
Štruktúra monomérov
Analýza monomérov rôznych glukózových oxidáz nachádzajúcich sa v prírode ukazuje, že sú rozdelené do dvoch rôznych oblastí alebo domén: jedna, ktorá sa viaže na FAD a druhá, ktorá sa viaže na glukózu.
FAD-väzbová doména je zložená z p-skladaných listov, zatiaľ čo doména viažuca glukózu sa skladá zo 4 alfa helixov, ktoré podporujú niekoľko antiparalelných p-skladaných listov.
glykozylácie
Prvé štúdie uskutočnené s použitím enzýmu A. niger preukázali, že tento proteín má 20% svojej čerstvej hmotnosti zloženej z aminokyselín a že ďalších 16 - 19% zodpovedá uhľohydrátom, z ktorých viac ako 80% tvoria zvyšky manózy. naviazané na proteín pomocou N- alebo O-glykozidických väzieb.
Aj keď tieto uhľohydráty nie sú nevyhnutné pre katalýzu, existujú správy, že odstránenie alebo odstránenie týchto sladkých zvyškov znižuje štrukturálnu stabilitu proteínu. Môže to byť spôsobené rozpustnosťou a odolnosťou voči proteázam, ktoré jej táto „vrstva“ uhľohydrátov udeľuje.
Vlastnosti
U húb a hmyzu, ako je uvedené, má glukóza oxidáza zásadnú obrannú funkciu proti patogénnym hubám a baktériám tým, že udržuje konštantný zdroj oxidačného stresu prostredníctvom stálej výroby peroxidu vodíka.
Hovorenie o iných všeobecných funkciách enzýmu glukóza oxidáza nie je také jednoduché, pretože má veľmi špecifické vlastnosti v rôznych organizmoch, ktoré ho exprimujú. Napríklad jeho sekrécia z hypofaryngeálnych žliaz do slín prispieva k zachovaniu medu.
U iných druhov hmyzu v závislosti od štádia životného cyklu účinkuje pri dezinfekcii požitého jedla a pri potlačovaní obranných systémov rastlín (napríklad v prípade fytofágneho hmyzu).
Pre mnoho húb je to rozhodujúci enzým na tvorbu peroxidu vodíka, ktorý podporuje degradáciu lignínu. Naopak, pre iné druhy húb je to len antibakteriálny a protiplesňový obranný systém.
Funkcie v priemysle
V priemyselnej oblasti bola oxidáza glukózy využívaná mnohými spôsobmi, medzi ktoré môžeme uviesť:
- Ako doplnková látka pri spracovaní potravín, kde pôsobí ako antioxidant, konzervačný prostriedok a stabilizátor potravín.
- Na konzerváciu mliečnych derivátov, ak pôsobí ako antimikrobiálna látka.
- Používa sa pri výrobe vaječného prášku na odstránenie glukózy a pri výrobe peroxidu vodíka, ktorý zabraňuje rastu mikroorganizmov.
- Je tiež užitočná pri výrobe vín s nízkym obsahom alkoholu. Je to kvôli jeho schopnosti konzumovať glukózu prítomnú v šťavách používaných na fermentáciu.
- Kyselina glukónová, jeden zo sekundárnych produktov reakcie katalyzovanej glukózooxidázou, sa využíva aj na farbenie textílií, čistenie kovových povrchov ako potravinovej prísady, ako prísady do detergentov a dokonca aj v liekoch a kozmetike.
Glukózové senzory
Existujú rôzne testy na sčítanie koncentrácie glukózy za rôznych podmienok, ktoré sú založené na imobilizácii enzýmu glukóza oxidáza na špecifickom nosiči.
V priemysle boli navrhnuté tri typy testov, ktoré používajú tento enzým ako biosenzor, a rozdiely medzi nimi súvisia so systémom detekcie spotreby glukózy a / alebo kyslíka alebo s výrobou peroxidu vodíka.
Okrem ich využiteľnosti v potravinárskom priemysle sa využívajú glukózové biosenzory na stanovenie množstva glukózy v telesných tekutinách, ako sú krv a moč. Zvyčajne ide o rutinné testy na zisťovanie patologických a iných fyziologických stavov.
Referencie
- Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, a Ananthanarayan, L. (2009). Glukóza oxidáza - prehľad. Biotechnology Advances, 27 (4), 489 - 501.
- Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Dynamické a štrukturálne vlastnosti enzýmu glukóza oxidáza. Eur Biophys, 27, 19–25.
- Raba, J., & Mottola, HA (1995). Oxidáza glukózy ako analytické činidlo. Critical Reviews in Analytical Chemistry, 25 (1), 1-42.
- Wilson, R., & Turner, A. (1992). Glukóza-oxidáza: ideálny enzým. Biosensors & Bioelectronics, 7, 165–185.
- Wong, CM, Wong, KH a Chen, XD (2008). Glukóza oxidáza: prírodný výskyt, funkcia, vlastnosti a priemyselné aplikácie. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.