A glükóz-oxidáz, más néven β-D-glükóz: oxigén-1-oxidoreduktáz, glükóz-1-oxidáz vagy egyszerűen glükóz-oxidáz egy oxidoreduktáz enzim, amely felelős a glükóz β-D-termelő D-glükonolakton és hidrogén-peroxid.
Az 1920-as évek végén fedezték fel az Aspergillus niger gomba kivonataiban. A jelenléte gombákban és rovarokban bizonyított, ahol a hidrogén-peroxid állandó képződése katalitikus hatása miatt fontos szerepet játszik a kórokozó gombák és baktériumok elleni védekezésben.
A glükóz-oxidáz enzim szerkezetének vázlata (Forrás Arcadian, a Wikimedia Commons segítségével)
Jelenleg a glükóz-oxidázt számos különféle gombaforrásból, elsősorban az Aspergillus és Penicillium nemzetségekből tisztították. Bár alkalmazhat más szubsztrátokat, meglehetősen szelektív a β-D-glükóz oxidációjára.
Az ipari és kereskedelmi környezetben többféle felhasználást élvez, ami alacsony gyártási költségeknek és nagy stabilitásnak köszönhető.
Ebben az értelemben ezt az enzimet az élelmiszer-előállításban és a kozmetikában, a gyógyszeriparban és a klinikai diagnózisban egyaránt alkalmazzák, nem csak adalékanyagként, hanem bioszenzorként és / vagy analitikai reagensként a különböző oldatok és testfolyadékok számára.
jellemzők
A glükóz-oxidáz egy olyan gömbös flavoprotein, amely molekuláris oxigént használ elektronakceptorként glükózból, D-glükono-δ-laktonból és hidrogén-peroxidból.
Egy sejtrendszerben a keletkező hidrogén-peroxidot a kataláz enzim felhasználhatja oxigén és víz előállítására. Néhány szervezetben viszont a D-glükonolaktont glükonsavvá hidrolizálják, amely különböző funkciókat képes ellátni.
Az eddig leírt glükóz-oxidáz enzimek képesek oxidálni a monoszacharidokat és a vegyületek más osztályait, azonban - amint azt korábban tárgyaltuk - meglehetősen specifikusak a D-glükóz β-anomerjére.
Savas pH-tartományban, 3,5-6,5 között működnek, és a mikroorganizmustól függően ez a tartomány jelentősen változhat. Ezenkívül a gombás glükóz-oxidázok az ortofoszfátokhoz kötött fehérjék három típusának egyike.
Más biológiai katalizátorokhoz hasonlóan ezeket az enzimeket különböző molekulák is gátolhatják, ideértve többek között az ezüst, réz és higanyionokat, hidrazint és hidroxil-amint, fenil-hidrazint, nátrium-biszulfátot.
Szerkezet
A glükóz-oxidáz egy dimer protein, amelynek két azonos, 80 kDa-os monomere van, ugyanazon gén kódolja, két diszulfid hidakkal kovalensen kötik egymást, és amelynek dinamikája részt vesz az enzim katalitikus mechanizmusában.
A szervezettől függően a homodimer átlagos molekulatömege 130 és 175 kDa között mozog, és az egyes monomerekhez nem kovalens kötésen keresztül egy flavin adenin nukleotid (FAD) kapcsolódik, amely egy koenzim, amely elektron transzporterként működik a katalízis során..
A monomerek szerkezete
A természetben található különféle glükozáz-oxidázok monomerjeinek elemzése azt mutatja, hogy két különböző régióra vagy doménre oszlanak: az egyik kötődik a FAD-hez, a másik pedig a glükózhoz.
A FAD-kötő domén β-hajtogatott lemezekből áll, míg a glükózkötő domén 4 alfa-hélikből áll, amelyek több anti-párhuzamos P-hajtogatott lapot támasztanak alá.
Glikoziláció
Az A. niger enzim alkalmazásával végzett első tanulmányok megállapítják, hogy ennek a proteinnek a friss tömegének 20% -a amino-cukrokból áll, és további 16-19% -a megfelel a szénhidrátoknak, amelyeknek több mint 80% -a mannózmaradék N- vagy O-glikozid kötésekkel kapcsolódnak a fehérjéhez.
Noha ezek a szénhidrátok nem nélkülözhetetlenek a katalízishez, számoltak be arról, hogy ezeknek a cukros maradékoknak a kiküszöbölése vagy eltávolítása csökkenti a fehérje szerkezeti stabilitását. Ennek oka lehet a proteázokkal szembeni oldhatóság és ellenállás, amelyet ez a szénhidrát „réteg” ad neki.
Jellemzők
A gombákban és a rovarokban - amint azt már tárgyaltuk - a glükóz-oxidáz alapvető védelmi funkciót játszik a kórokozó gombák és baktériumok ellen, mivel folyamatos oxidációs stressz-forrást tart fenn a hidrogén-peroxid folyamatos előállítása révén.
A glükóz-oxidáz enzim egyéb általános funkcióiról beszélni nem olyan egyszerű, mivel nagyon különös hasznosságot nyújt a kifejező különböző organizmusokban. Például a méhekben a hypopharyngeal mirigyekből nyálba történő kiválasztódása hozzájárul a méz megőrzéséhez.
Más rovarokban, az életciklus állapotától függően, az elfogyasztott élelmiszerek fertőtlenítésében és a növények védelmi rendszerének elfojtásában működik (például fitofágos rovarok esetén).
Sok gombának ez a kritikus enzim a hidrogén-peroxid képződésében, amely elősegíti a lignin lebomlását. Más típusú gombák esetében ez pusztán antibakteriális és gombaellenes védekező rendszer.
Ipari funkciók
Az ipari területen a glükóz-oxidázt sokféle módon kihasználták, amelyek között meghatározhatjuk:
- Adalékanyagként az élelmiszer-feldolgozás során, ahol antioxidánsként, tartósítószerként és stabilizátorként működik.
- Tejtermékek származékának tartósításakor, ahol antimikrobiális szerként működik.
- A tojáspor előállítása során felhasználják a glükóz eltávolítására és a hidrogén-peroxid előállítására, amely megakadályozza a mikroorganizmusok szaporodását.
- Az alacsony alkoholtartalmú borok előállításában is hasznos. Ennek oka az, hogy képes felszívni a fermentációhoz használt gyümölcslevekben található glükózt.
- A glükósavat, a reakció egyik másodlagos termékét, amelyet a glükóz-oxidáz katalizál, szintén használják textilfestékekhez, fémfelületek tisztításához, élelmiszer-adalékanyagként, mosó- és tisztítószerekben, valamint gyógyszerekben és kozmetikumokban.
Glükóz érzékelők
Különböző körülmények között végeznek különféle teszteket a glükózkoncentráció centiszálására, amelyek alapja a glükóz-oxidáz enzim egy adott hordozón történő immobilizálása.
Az iparban háromféle vizsgálati módszert fejlesztettek ki, amelyek ezt az enzimet bioszenzorként használják, és a különbségek közöttük vannak a glükóz- és / vagy oxigénfogyasztási detektorrendszerhez vagy a hidrogén-peroxid előállításához viszonyítva.
Az élelmiszeriparban történő alkalmazásukon túl a glükóz-bioszenzorokat is felhasználják a testnedvekben, például a vérben és a vizeletben lévő glükóz mennyiségének meghatározására. Ezek általában rutin tesztek a kóros és egyéb élettani állapotok kimutatására.
Irodalom
- Bankar, SB, Bule, M. V., Singhal, RS és Ananthanarayan, L. (2009). Glükóz-oxidáz - áttekintés. Biotechnology Advances, 27. (4), 489–501.
- Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P. és Alpert, B. (1998). A glükóz-oxidáz enzim dinamikus és szerkezeti tulajdonságai. Eur Biophys, 27, 19–25.
- Raba, J. és Mottola, HA (1995). Glükóz-oxidáz mint analitikai reagens. Kritikus áttekintés az analitikai kémiában, 25. (1), 1–42.
- Wilson, R. és Turner, A. (1992). Glükóz-oxidáz: ideális enzim. Biosensors & Bioelectronics, 7, 165–185.
- Wong, CM, Wong, KH és Chen, XD (2008). Glükóz-oxidáz: természetes előfordulás, funkció, tulajdonságok és ipari alkalmazások. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.