GLUKOSOXIDAS: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den glukosoxidas , även känd som β-D-glukos: syre 1-oxidoreduktas, glukos-1-oxidas eller helt enkelt glukosoxidas är ett oxidoreduktas enzym som ansvarar för oxidation av glukos β-D-producerande D-glukonolakton och Väteperoxid.

Det upptäcktes i slutet av 1920-talet i extrakt av svampen Aspergillus niger. Dess närvaro har bevisats hos svampar och insekter, där den permanenta produktionen av väteperoxid, på grund av dess katalytiska verkan, har viktiga funktioner i försvaret mot patogena svampar och bakterier.

Schematisk för strukturen hos enzymet glukosoxidas (källa Arcadian, via Wikimedia Commons)

För närvarande har glukosoxidas renats från många olika svampkällor, speciellt från släkten Aspergillus och Penicillium. Även om det kan använda andra substrat är det ganska selektivt för oxidation av p-D-glukos.

Den har flera användningar i industriella och kommersiella sammanhang, vilket beror på dess låga produktionskostnad och stora stabilitet.

I detta avseende används detta enzym både inom livsmedelsproduktionsindustrin och i kosmetologi, i läkemedel och i klinisk diagnos, inte bara som ett tillsatsmedel, utan som en biosensor och / eller analytiskt reagens för olika lösningar och kroppsvätskor.

egenskaper

Glukosoxidas är ett globular flavoprotein som använder molekylärt syre som en elektronacceptor för att framställa, från glukos, D-glucono-5-lakton och väteperoxid.

I ett cellulärt system kan den producerade väteperoxiden konsumeras av enzymkatalaset för att producera syre och vatten. I vissa organismer hydrolyseras D-glukonolakton i sin tur till glukonsyra, vilket kan utföra olika funktioner.

De hittills beskrivna glukosoxidas-enzymerna kan oxidera monosackarider och andra klasser av föreningar, men som tidigare diskuterats är de ganska specifika för p-anomeren för D-glukos.

De arbetar i sura pH-områden, från 3,5 till 6,5, och beroende på mikroorganismen kan detta intervall variera avsevärt. Dessutom är svampglukosoxidaser en av de tre typerna av proteiner som är bundna till ortofosfater.

Liksom andra biologiska katalysatorer kan dessa enzymer hämmas av olika molekyler, inklusive silver, koppar och kvicksilverjoner, hydrazin och hydroxylamin, fenylhydrazin, natriumbisulfat, bland andra.

Strukturera

Glukosoxidas är ett dimeriskt protein med två identiska monomerer om 80 kDa vardera, kodade av samma gen, kovalent kopplade av två disulfidbroar och vars dynamik är involverad i enzymens katalytiska mekanism.

Beroende på organismen varierar den genomsnittliga molekylvikten för homodimeren mellan 130 och 175 kDa och till varje monomer, via en icke-kovalent bindning, fästes en flavinadenin-nukleotid (FAD), som är ett koenzym som fungerar som en elektrontransportör under katalys. .

Monomers struktur

Analysen av monomererna av olika glukosoxidaser som finns i naturen visar att de är indelade i två olika regioner eller domäner: en som binder till FAD och en annan som binder till glukos.

Den FAD-bindande domänen består av p-vikta ark, medan den glukosbindande domänen består av fyra alfa-helikser, som stöder flera antiparallella p-vikta ark.

glykosylering

De första studierna som utfördes med A. niger-enzymet visar att detta protein har 20% av sin färska vikt bestående av aminosocker och att ytterligare 16-19% motsvarar kolhydrater, varav mer än 80% är mannosrester bundet till proteinet med N- eller O-glykosidbindningar.

Även om dessa kolhydrater inte är nödvändiga för katalys, finns det rapporter om att eliminering eller avlägsnande av dessa sockerrester minskar proteinets strukturella stabilitet. Detta kan bero på lösligheten och motståndskraften mot proteaser som detta "lager" av kolhydrater ger.

Funktioner

Såsom diskuterats spelar glukosoxidas i svampar och insekter en viktig försvarsfunktion mot patogena svampar och bakterier genom att upprätthålla en konstant källa till oxidativ stress genom permanent produktion av väteperoxid.

Att prata om andra allmänna funktioner för glukosoxidas-enzymet är inte så enkelt, eftersom det har väldigt speciella verktyg i de olika organismerna som uttrycker det. I bin, till exempel, bidrar dess utsöndring från hypofaryngealt körtlar till saliv till bevarandet av honung.

Beroende på livscykelens skede fungerar det i andra insekter vid desinficering av intaget livsmedel och för att undertrycka växternas försvarssystem (när det gäller fytofagiska insekter, till exempel).

För många svampar är detta ett avgörande enzym för bildandet av väteperoxid som främjar nedbrytningen av lignin. För andra typer av svampar är det i sin tur bara ett antibakteriellt och svampdämpande system.

Funktioner i branschen

Inom det industriella området har glukosoxidas utnyttjats på många sätt, bland vilka vi kan specificera:

- Som tillsatsmedel under livsmedelsbearbetning, där det fungerar som en antioxidant, konserveringsmedel och stabilisator av livsmedelsprodukter.

- Vid konservering av mejerivederivat, där det fungerar som ett antimikrobiellt medel.

- Det används under produktionen av äggpulver för eliminering av glukos och produktion av väteperoxid som förhindrar tillväxt av mikroorganismer.

- Det är också användbart vid produktion av viner med låg alkoholhalt. Detta beror på dess förmåga att konsumera glukosen som finns i de juicer som används för jäsning.

- Glukonsyra, en av de sekundära produkterna från reaktionen katalyserad av glukosoxidas, utnyttjas också för färgning av textilier, rengöring av metallytor, som livsmedelstillsats, som tillsats i tvättmedel och till och med i läkemedel och kosmetika.

Glukosesensorer

Det finns olika test för att folkräkna glukoskoncentrationen under olika förhållanden som är baserade på immobiliseringen av enzymet glukosoxidas på en specifik bärare.

Tre typer av analyser har utformats i branschen som använder detta enzym som en biosensor och skillnaderna mellan dem är relativt glukos- och / eller syreförbrukningssystemet eller produktionen av väteperoxid.

Förutom deras användbarhet inom livsmedelsindustrin utnyttjas glukosbiosensorer för att bestämma mängden glukos i kroppsvätskor som blod och urin. Dessa är vanligtvis rutintest för detektering av patologiska och andra fysiologiska tillstånd.

referenser

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Glukosoxidas - En översikt. Biotechnology Advances, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Dynamiska och strukturella egenskaper hos glukosoxidas-enzym. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glukosoxidas som ett analytiskt reagens. Kritiska recensioner i analytisk kemi, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., & Turner, A. (1992). Glukosoxidas: ett idealiskt enzym. Biosensors & Bioelectronics, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH, & Chen, XD (2008). Glukosoxidas: naturlig förekomst, funktion, egenskaper och industriella tillämpningar. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.