GLUKOZIDA OKSIDAZA: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Glukozna oksidaza, također poznat kao P-D-glukoza: kisik 1 oksidoreduktaza, glukoza-1-oksidaze, ili jednostavno oksidaze glukoza je oksidoreduktaza enzim odgovoran za oksidaciju glukoze P-D-D-glukonolaktona proizvodnju i vodikov peroksid.

Otkrivena je kasnih 1920-ih u ekstraktima gljivice Aspergillus niger. Dokazana je njegova prisutnost u gljivama i insektima, gdje trajna proizvodnja vodikovog peroksida, zahvaljujući katalitičkom djelovanju, ima važne funkcije u obrani od patogenih gljivica i bakterija.

Shema strukture enzima Glukoza Oksidaza (Izvor Arcadian, via Wikimedia Commons)

Trenutno je glukozida oksidaza pročišćena iz mnogih različitih gljivičnih izvora, posebno iz rodova Aspergillus i Penicillium. Iako može koristiti druge supstrate, prilično je selektivan za oksidaciju β-D-glukoze.

Ima višestruku upotrebu u industrijskom i komercijalnom kontekstu, što je posljedica niskih troškova proizvodnje i velike stabilnosti.

U tom se smislu ovaj enzim koristi i u industriji proizvodnje hrane i u kozmetologiji, lijekovima i kliničkoj dijagnostici, ne samo kao aditiv, već i kao biosenzor i / ili analitički reagens za različite otopine i tjelesne tekućine.

karakteristike

Glukoza oksidaza je globularni flavoprotein koji koristi molekularni kisik kao akceptor elektrona za proizvodnju iz glukoze, D-glukono-5-laktona i vodikovog peroksida.

U staničnom sustavu, proizvedeni vodikov peroksid može koristiti enzim katalaze za proizvodnju kisika i vode. Zauzvrat, u nekim organizmima D-glukonolakton se hidrolizira u glukonsku kiselinu, koja može obavljati različite funkcije.

Do sada opisani enzimi glukozida oksidaze mogu oksidirati monosaharide i druge klase spojeva, međutim, kao što je prethodno diskutirano, oni su prilično specifični za β anomer D-glukoze.

Djeluju u kiselim rasponima pH, od 3,5 do 6,5, a ovisno o mikroorganizmu, taj raspon može značajno varirati. Nadalje, gljivične glukozne oksidaze jedna su od tri vrste proteina koje su vezane za ortofosfate.

Kao i drugi biološki katalizatori, ovi enzimi mogu se inhibirati različitim molekulama, uključujući ione srebra, bakra i žive, hidrazin i hidroksilamin, fenilhidrazin, natrijev bisulfat.

Struktura

Glukozida oksidaza je dimerni protein s dva identična monomera od 80 kDa, kodiranih istim genom, kovalentno povezanima s dva disulfidna mosta i čija je dinamičnost uključena u katalitički mehanizam enzima.

Ovisno o organizmu, prosječna molekulska masa homodimera varira između 130 i 175 kDa, a na svaki monomer je pričvršćena, nekovalentnom vezom, nukleotid flavin adenina (FAD), koji je koenzim koji tijekom katalizacije djeluje kao prijenosnik elektrona.,

Struktura monomera

Analiza monomera različitih glukoznih oksidaza u prirodi otkriva da su oni podijeljeni u dvije različite regije ili domene: jedno koje se veže na FAD i drugo koje se veže na glukozu.

Domena koja se veže za FAD sastoji se od β presavijenih listova, dok se domena koja veže glukozu sastoji od 4 alfa helika koja podržavaju nekoliko antiparalnih β presavijenih listova.

glikozilacija

Prve studije provedene korištenjem enzima A. niger utvrđuju da ovaj protein ima 20% svoje svježe mase sastavljen od aminokamera i da još 16-19% odgovara ugljikohidratima, od čega su više od 80% ostaci manoze vezan na protein pomoću N- ili O-glikozidnih veza.

Iako ti ugljikohidrati nisu bitni za katalizu, postoje izvješća da uklanjanje ili uklanjanje ovih šećernih ostataka smanjuje strukturnu stabilnost proteina. To se može dogoditi zbog topljivosti i otpornosti na proteaze koji mu taj sloj ugljikohidrata daje.

Značajke

Kao što je spomenuto u gljivicama i insektima glukozida oksidaza igra ključnu obrambenu funkciju protiv patogenih gljivica i bakterija održavanjem konstantnog izvora oksidativnog stresa stalnom proizvodnjom vodikovog peroksida.

Govoriti o drugim općim funkcijama enzima glukoza oksidaza nije tako jednostavno, jer ima vrlo posebne koristi u različitim organizmima koji ga izražavaju. Na primjer, kod pčela njegovo izlučivanje iz hipofaringealnih žlijezda u slinu doprinosi očuvanju meda.

Kod ostalih insekata, ovisno o stadiju životnog ciklusa, djeluje u dezinfekciji unesene hrane i u suzbijanju obrambenih sustava biljaka (na primjer, kad se radi o fitofagnim insektima).

Za mnoge gljive ovo je presudni enzim za stvaranje vodikovog peroksida koji potiče razgradnju lignina. Zauzvrat, za ostale vrste gljivica to je samo antibakterijski i protiv gljivični obrambeni sustav.

Funkcije u industriji

U industrijskom polju glukozida oksidaza iskorištavana je na više načina, među kojima možemo navesti:

- Kao aditiv tijekom prerade hrane, gdje djeluje kao antioksidans, konzervans i stabilizator prehrambenih proizvoda.

- U očuvanju mliječnih derivata, gdje djeluje kao antimikrobno sredstvo.

- Koristi se tijekom proizvodnje jaja u prahu za uklanjanje glukoze i proizvodnje vodikovog peroksida koji sprečava rast mikroorganizama.

- Koristan je i u proizvodnji vina s malo alkohola. To je zbog njegove sposobnosti konzumiranja glukoze prisutne u sokovima koji se koriste za fermentaciju.

- Glukonska kiselina, jedan od sekundarnih produkata reakcije koju katalizira glukozida oksidaza, koristi se i za bojenje tekstila, čišćenje metalnih površina, kao aditiv u hrani, kao aditiv u deterdžentima, pa čak i u lijekovima i kozmetici.

Senzori glukoze

Postoje različiti testovi za popis stanovništva koncentracije glukoze u različitim uvjetima koji se temelje na imobilizaciji enzima glukoza oksidaza na specifičnom nosaču.

U industriji su dizajnirane tri vrste ispitivanja koja ovaj enzim koriste kao biosenzor, a razlike među njima su u odnosu na sustav za otkrivanje potrošnje glukoze i / ili kisika ili proizvodnju vodikovog peroksida.

Uz njihovu korisnost u prehrambenoj industriji, biosenzori glukoze koriste se za određivanje količine glukoze u tjelesnim tekućinama, kao što su krv i urin. To su obično rutinski testovi za otkrivanje patoloških i drugih fizioloških stanja.

Reference

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, i Ananthanarayan, L. (2009). Glukozida oksidaza - pregled. Biotehnološki napredak, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., i Alpert, B. (1998). Dinamička i strukturna svojstva enzima glukoza oksidaza. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J., i Mottola, HA (1995). Glukozida oksidaza kao analitički reagens. Kritički osvrti na analitičku kemiju, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., i Turner, A. (1992). Glukozida oksidaza: idealan enzim. Biosenzori i bioelektronika, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH i Chen, XD (2008). Glukozida oksidaza: prirodna pojava, djelovanje, svojstva i industrijska primjena. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.