Glukózooxidázy, známý také jako p-D-glukóza: kyslík 1-oxidoreduktáza, glukóza-1-amino-oxidázy nebo jednoduše glukóza oxidáza je oxidoredukční enzym odpovědný za oxidaci glukózy p-D-produkující D-glukonolakton a peroxid vodíku.
Byl objeven na konci dvacátých let v extraktech houby Aspergillus niger. Jeho přítomnost byla prokázána u hub a hmyzu, kde trvalá produkce peroxidu vodíku má díky svému katalytickému působení důležité funkce v obraně proti patogenním hubám a bakteriím.
Schéma struktury enzymu glukóza oxidáza (zdroj Arcadian, přes Wikimedia Commons)
V současné době byla glukóza oxidáza purifikována z mnoha různých fungálních zdrojů, zejména z rodů Aspergillus a Penicillium. I když může používat i jiné substráty, je docela selektivní pro oxidaci p-D-glukózy.
Má mnoho použití v průmyslovém a komerčním kontextu, což je způsobeno nízkými výrobními náklady a velkou stabilitou.
V tomto smyslu se tento enzym používá jak v potravinářském průmyslu, tak v kosmetologii, farmaceutickém průmyslu a klinické diagnostice nejen jako aditivum, ale také jako biosenzor a / nebo analytické činidlo pro různé roztoky a tělní tekutiny.
vlastnosti
Glukóza oxidáza je globulární flavoprotein, který používá molekulární kyslík jako akceptor elektronů k produkci z glukózy, D-glukono-5-laktonu a peroxidu vodíku.
V buněčném systému může být vyrobený peroxid vodíku spotřebováván enzymem katalasou za vzniku kyslíku a vody. U některých organismů je naopak D-glukonolakton hydrolyzován na kyselinu glukonovou, která může plnit různé funkce.
Enzymy glukózoxidázy, které byly dosud popsány, jsou schopné oxidovat monosacharidy a další třídy sloučenin, a jak již bylo uvedeno výše, jsou zcela specifické pro p anomer D-glukózy.
Pracují v kyselém rozmezí pH od 3,5 do 6,5 a v závislosti na mikroorganismu se toto rozmezí může výrazně lišit. Kromě toho fungální glukózoxidázy jsou jedním ze tří typů proteinů, které jsou vázány na orthofosfáty.
Stejně jako jiné biologické katalyzátory mohou být tyto enzymy inhibovány různými molekulami, včetně iontů stříbra, mědi a rtuti, hydrazinu a hydroxylaminu, fenylhydrazinu, bisulfátu sodného.
Struktura
Glukóza oxidáza je dimerní protein se dvěma identickými monomery o 80 kDa, každý kódovaný stejným genem, kovalentně spojeným dvěma disulfidovými můstky a jehož dynamika je zapojena do katalytického mechanismu enzymu.
V závislosti na organismu se průměrná molekulová hmotnost homodimeru pohybuje mezi 130 a 175 kDa a u každého monomeru je prostřednictvím nekovalentní vazby připojen flavin adeninový nukleotid (FAD), což je koenzym, který během katalýzy funguje jako elektronový transportér..
Struktura monomerů
Analýza monomerů různých glukosas oxidáz nalezených v přírodě ukazuje, že jsou rozděleny do dvou různých oblastí nebo domén: jedna, která se váže na FAD a druhá, která se váže na glukózu.
FAD-vazebná doména je složena z P-skládaných listů, zatímco glukózová-vazebná doména sestává ze 4 alfa helixů, které podporují několik antiparalelních P-skládaných listů.
Glykosylace
První studie prováděné za použití enzymu A. niger prokazují, že tento protein má 20% své čerstvé hmotnosti složené z aminosacharidů a že dalších 16-19% odpovídá uhlohydrátům, z nichž více než 80% jsou zbytky manosy navázaný na protein pomocí N- nebo O-glykosidických vazeb.
Přestože tyto uhlohydráty nejsou nezbytné pro katalýzu, existují zprávy, že eliminace nebo odstranění těchto sladkých zbytků snižuje strukturální stabilitu proteinu. Může to být způsobeno rozpustností a odolností vůči proteázám, které jí tato „vrstva“ uhlohydrátů propůjčuje.
Funkce
U houb a hmyzu, jak bylo uvedeno, hraje glukóza oxidáza základní obrannou funkci proti patogenním houbám a bakteriím tím, že udržuje stálou zdroj oxidačního stresu prostřednictvím trvalé produkce peroxidu vodíku.
Mluvit o jiných obecných funkcích enzymu glukóza oxidázy není tak snadné, protože má velmi zvláštní využití v různých organismech, které ho exprimují. Například u včel jeho sekrece z hypofaryngeálních žláz do slin přispívá k uchování medu.
U jiných hmyzů, v závislosti na stadiu životního cyklu, pracuje při dezinfekci požitého jídla a při potlačování obranných systémů rostlin (například u fytofágního hmyzu).
Pro mnoho hub je to rozhodující enzym pro tvorbu peroxidu vodíku, který podporuje degradaci ligninu. Na druhé straně je to pro jiné druhy hub pouze antibakteriální a antifungální obranný systém.
Funkce v průmyslu
V průmyslové oblasti byla oxidáza glukózy využívána mnoha způsoby, mezi nimiž můžeme specifikovat:
- Jako přísada při zpracování potravin, kde působí jako antioxidant, konzervační a stabilizátor potravinářských výrobků.
- Při uchovávání mléčných derivátů, kde působí jako antimikrobiální látka.
- Používá se při výrobě vaječného prášku k odstranění glukózy a při výrobě peroxidu vodíku, který zabraňuje růstu mikroorganismů.
- Je také užitečná při výrobě vín s nízkým obsahem alkoholu. Je to kvůli jeho schopnosti konzumovat glukózu přítomnou ve šťávách používaných k fermentaci.
- Kyselina glukonová, jeden ze sekundárních produktů reakce katalyzované glukózooxidázou, se také využívá k barvení textilií, čištění kovových povrchů jako potravinářské přídatné látky, jako přísady do detergentů a dokonce i v lécích a kosmetice.
Glukózové senzory
Existují různé testy pro sčítání koncentrace glukózy za různých podmínek, které jsou založeny na imobilizaci enzymu glukóza oxidázy na specifickém nosiči.
V průmyslu byly navrženy tři typy testů, které používají tento enzym jako biosenzor a rozdíly mezi nimi jsou ve vztahu k detekčnímu systému glukózy a / nebo kyslíku nebo k výrobě peroxidu vodíku.
Kromě jejich užitečnosti v potravinářském průmyslu jsou glukózové biosenzory využívány pro stanovení množství glukózy v tělesných tekutinách, jako je krev a moč. Obvykle se jedná o rutinní testy pro detekci patologických a jiných fyziologických stavů.
Reference
- Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, a Ananthanarayan, L. (2009). Glukóza oxidáza - přehled. Biotechnology Advances, 27 (4), 489–501.
- Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Dynamické a strukturální vlastnosti enzymu glukóza oxidázy. Eur Biophys, 27, 19–25.
- Raba, J., & Mottola, HA (1995). Oxidáza glukózy jako analytické činidlo. Critical Reviews in Analytical Chemistry, 25 (1), 1-42.
- Wilson, R., & Turner, A. (1992). Glukóza-oxidáza: ideální enzym. Biosensors & Bioelectronics, 7, 165–185.
- Wong, CM, Wong, KH a Chen, XD (2008). Glukóza oxidáza: přirozený výskyt, funkce, vlastnosti a průmyslové aplikace. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.