GLIUKOZĖS OKSIDAZĖ: SAVYBĖS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Gliukozės oksidazės , taip pat žinomas kaip beta-D-gliukozės: deguonies 1-oksidoreduktazė, gliukozės-1-oksidazės arba tiesiog gliukozės oksidazės yra oksidoreduktazė fermentas, atsakingas už gliukozės beta-D-gaminant D-gliukono oksidacijos ir vandenilio peroksidas.

Jis buvo atrastas 1920-ųjų pabaigoje grybo Aspergillus niger ekstraktuose. Įrodyta, kad jo buvimas yra grybeliuose ir vabzdžiuose, kur nuolatinis vandenilio peroksido gaminimas dėl katalizinio veikimo atlieka svarbias gynybos nuo patogeninių grybelių ir bakterijų funkcijas.

Fermento Gliukozės oksidazės struktūros schema (Šaltinis Arcadian, per Wikimedia Commons)

Šiuo metu gliukozės oksidazė yra išgryninta iš daugelio skirtingų grybelinių šaltinių, ypač iš Aspergillus ir Penicillium genčių. Nors jis gali naudoti kitus substratus, jis yra gana selektyvus β-D-gliukozės oksidacijai.

Dėl mažų gamybos sąnaudų ir didelio stabilumo jis gali būti daug kartų naudojamas pramoniniame ir komerciniame kontekste.

Šia prasme šis fermentas naudojamas tiek maisto gamybos pramonėje, tiek kosmetologijoje, farmacijoje ir klinikinėje diagnostikoje ne tik kaip priedas, bet ir kaip biojutiklis ir (arba) analitinis reagentas skirtingiems tirpalams ir kūno skysčiams.

charakteristikos

Gliukozės oksidazė yra rutulinis flavoproteinas, kuris naudoja molekulinį deguonį kaip elektronų akceptorių, kad iš gliukozės pagamintų D-gliukono-δ-laktoną ir vandenilio peroksidą.

Ląstelinėje sistemoje susidarantį vandenilio peroksidą fermentas katalazė gali sunaudoti deguoniui ir vandeniui gaminti. Savo ruožtu kai kuriuose organizmuose D-gliukonolaktonas hidrolizuojamas iki gliukono rūgšties, kuri gali atlikti skirtingas funkcijas.

Iki šiol aprašyti gliukozės oksidazės fermentai gali oksiduoti monosacharidus ir kitų klasių junginius, tačiau, kaip jau buvo aptarta anksčiau, jie yra gana specifiški D-gliukozės β anomerui.

Jie veikia rūgščiame pH intervale nuo 3,5 iki 6,5, o priklausomai nuo mikroorganizmo šis diapazonas gali labai skirtis. Be to, grybelinės gliukozės oksidazės yra viena iš trijų rūšių baltymų, surištų su ortofosfatais.

Šiuos fermentus, kaip ir kitus biologinius katalizatorius, gali slopinti skirtingos molekulės, tarp jų sidabro, vario ir gyvsidabrio jonai, hidrazinas ir hidroksilaminas, fenilhidrazinas, natrio bisulfatas.

Struktūra

Gliukozės oksidazė yra dimerinis baltymas, turintis du identiškus 80 kDa monomerus, kurių kiekvienas koduojamas to paties geno, kovalentiškai sujungtas dviem disulfido tilteliais ir kurio dinamiškumas susijęs su fermento kataliziniu mechanizmu.

Priklausomai nuo organizmo, vidutinė homodimerio molekulinė masė svyruoja nuo 130 iki 175 kDa, o prie kiekvieno monomero per nekovalentinį ryšį yra prijungtas flavino adenino nukleotidas (FAD), kuris yra kofermentas, veikiantis kaip elektronų pernešėjas katalizės metu. .

Monomerų struktūra

Išanalizavus gamtoje randamų skirtingų gliukozos oksidazių monomerus, paaiškėja, kad jie yra suskirstyti į du skirtingus regionus ar domenus: vieną, kuris jungiasi su FAD, ir kitą, kuris jungiasi su gliukoze.

FAD jungiantis domenas yra sudarytas iš β sulankstytų lakštų, o gliukozę surišantis domenas susideda iš 4 alfa spiralių, kurios palaiko kelis antiparalelinius β sulankstytus lakštus.

Glikozilinimas

Pirmaisiais tyrimais, atliktais naudojant A. niger fermentą, nustatyta, kad šio baltymo 20% šviežio svorio sudaro aminorūgštys, o dar 16–19% sudaro angliavandeniai, iš kurių daugiau kaip 80% sudaro manozės liekanos prie baltymo prisijungia N- arba O-glikozidiniais ryšiais.

Nors šie angliavandeniai nėra būtini katalizei, yra pranešimų, kad pašalinus ar pašalinus šiuos saldžius likučius sumažėja baltymo struktūrinis stabilumas. Tai gali lemti tirpumas ir atsparumas proteazėms, kuriuos suteikia šis angliavandenių „sluoksnis“.

funkcijos

Grybeliuose ir vabzdžiuose, kaip aptarta, gliukozės oksidazė atlieka pagrindinę gynybinę funkciją nuo patogeninių grybų ir bakterijų, palaikydama nuolatinį oksidacinio streso šaltinį, nuolat gamindama vandenilio peroksidą.

Kalbėti apie kitas bendrąsias gliukozės oksidazės fermento funkcijas nėra taip paprasta, nes jis labai naudingas įvairiems organizmams, kurie jį išreiškia. Pvz., Bitėse jo išsiskyrimas iš hipofaringinių liaukų į seilę padeda išsaugoti medų.

Kituose vabzdžiuose, atsižvelgiant į gyvenimo ciklo etapą, jis veikia dezinfekuojant suvalgytą maistą ir slopinant augalų gynybines sistemas (pavyzdžiui, kai kalbama apie fitofaginius vabzdžius).

Daugeliui grybų tai yra svarbus fermentas vandenilio peroksido susidarymui, kuris skatina lignino skilimą. Savo ruožtu kitų rūšių grybeliams tai yra tik antibakterinė ir priešgrybelinė gynybos sistema.

Funkcijos pramonėje

Pramonės srityje gliukozės oksidazė buvo naudojama įvairiais būdais, iš kurių galime nurodyti:

- Kaip priedas perdirbant maistą, kai jis veikia kaip antioksidantas, konservantas ir maisto produktų stabilizatorius.

- Saugojant pieno darinius, kur jie veikia kaip antimikrobinės medžiagos.

- Jis naudojamas gaminant kiaušinių miltelius, siekiant pašalinti gliukozę ir gaminti vandenilio peroksidą, kuris neleidžia augti mikroorganizmams.

- Tai taip pat naudinga gaminant mažai vyno turinčius vynus. Taip yra dėl to, kad jis sugeba vartoti fermentacijai naudojamose sultyse esančią gliukozę.

- Gliukono rūgštis, vienas iš antrinių reakcijos produktų, kuriuos katalizuoja gliukozės oksidazė, taip pat naudojama tekstilės dažymui, metalinių paviršių valymui, kaip maisto priedas, kaip priedas plovikliuose ir net vaistuose bei kosmetikoje.

Gliukozės davikliai

Gliukozės koncentracija skirtingose ​​sąlygose gali būti surašoma įvairiais būdais, pagrįstais fermento gliukozės oksidazės imobilizavimu ant tam tikro pagrindo.

Pramonėje buvo suprojektuoti trijų rūšių tyrimai, kuriuose šis fermentas naudojamas kaip biojutiklis, o skirtumai tarp jų yra susiję su gliukozės ir (arba) deguonies suvartojimo nustatymo sistema arba vandenilio peroksido gamyba.

Be jų naudingumo maisto pramonėje, naudojami gliukozės biojutikliai, siekiant nustatyti gliukozės kiekį kūno skysčiuose, pavyzdžiui, kraujyje ir šlapime. Paprastai tai yra įprasti tyrimai patologinėms ir kitoms fiziologinėms būklėms nustatyti.

Nuorodos

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS ir Ananthanarayan, L. (2009). Gliukozės oksidazė - apžvalga. „Biotechnology Advances“, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., and Alpert, B. (1998). Gliukozės oksidazės fermento dinaminės ir struktūrinės savybės. Eur „Biophys“, 27, 19–25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Gliukozės oksidazė kaip analizinis reagentas. Kritinės analizinės chemijos apžvalgos, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., & Turner, A. (1992). Gliukozės oksidazė: idealus fermentas. Biojutikliai ir bioelektronika, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH ir Chen, XD (2008). Gliukozės oksidazė: natūralus atsiradimas, veikimas, savybės ir pritaikymas pramonėje. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.