GLUCOZĂ OXIDAZĂ: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Glucoză oxidazei , de asemenea , cunoscut sub numele de β-D-glucoză: oxigen 1-oxidoreductaza, glucoză-1-oxidaza sau oxidaza pur și simplu de glucoză este o enzimă oxidoreductaza responsabilă pentru oxidarea glucozei β producând-D-D-gluconolactonă și apă oxigenată.

Acesta a fost descoperit la sfârșitul anilor 1920 în extracte din ciuperca Aspergillus niger. Prezența sa a fost dovedită la ciuperci și insecte, unde producția permanentă de peroxid de hidrogen, datorită acțiunii sale catalitice, are funcții importante în apărarea împotriva ciupercilor și bacteriilor patogene.

Schema structurii enzimei Glucoză Oxidaza (Sursa Arcadian, prin Wikimedia Commons)

În prezent, glucoza oxidaza a fost purificată din mai multe surse fungice diferite, în special din genurile Aspergillus și Penicillium. Deși poate folosi alte substraturi, este destul de selectiv pentru oxidarea β-D-glucozei.

Are multiple utilizări în contexte industriale și comerciale, ceea ce se datorează costului redus de producție și stabilității mari.

În acest sens, această enzimă este folosită atât în ​​industria de producție alimentară, cât și în cosmetologie, produse farmaceutice și diagnostice clinice, nu numai ca aditiv, ci și ca biosenzor și / sau reactiv analitic pentru diferite soluții și fluide corporale.

caracteristici

Glucoza oxidazei este o flavoproteină globulară care folosește oxigenul molecular ca acceptor de electroni pentru a produce, din glucoză, D-glucono-lact-lactonă și peroxid de hidrogen.

Într-un sistem celular, peroxidul de hidrogen produs poate fi consumat de enzima catalază pentru a produce oxigen și apă. La rândul său, în unele organisme, D-gluconolactona este hidrolizată în acid gluconic, care poate îndeplini diferite funcții.

Enzimele glucozei oxidazei descrise până acum sunt capabile să oxideze monosacharide și alte clase de compuși, cu toate acestea, și așa cum s-a discutat anterior, acestea sunt destul de specifice pentru anomerul β al D-glucozei.

Acționează în intervale de pH acid, de la 3,5 la 6,5 ​​și, în funcție de microorganism, acest interval poate varia considerabil. Mai mult, glucoza oxidaselor fungice sunt unul dintre cele trei tipuri de proteine ​​care sunt legate de ortofosfați.

Ca și alți catalizatori biologici, aceste enzime pot fi inhibate de diferite molecule, inclusiv ioni de argint, cupru și mercur, hidrazină și hidroxilamină, fenilhidrazină, bisulfat de sodiu, printre altele.

Structura

Glucoza oxidazei este o proteină dimerică cu doi monomeri identici de 80 kDa fiecare, codificată de aceeași genă, legată covalent de două punți disulfură și al căror dinamism este implicat în mecanismul catalitic al enzimei.

În funcție de organism, greutatea moleculară medie a homodimerului variază între 130 și 175 kDa și la fiecare monomer este atașat, printr-o legătură non-covalentă, o nucleotidă de flavin adenină (FAD), care este o coenzimă care funcționează ca un transportor de electroni în timpul catalizei. .

Structura monomerilor

Analiza monomerilor diferitelor glucoze oxidase găsite în natură relevă că acestea sunt împărțite în două regiuni sau domenii diferite: una care se leagă de FAD și alta care se leagă de glucoză.

Domeniul de legare FAD este compus din foi pliate β, în timp ce domeniul de legare a glucozei este format din 4 elice alfa, care susțin mai multe foi pliate antiparalele β.

Glicozilarea

Primele studii efectuate utilizând enzima A. niger stabilesc că această proteină are 20% din greutatea sa proaspătă compusă din zaharuri amino și că alte 16-19% corespund carbohidraților, dintre care mai mult de 80% sunt reziduuri de manoză. atașat la proteină prin legături N- sau O-glicozidice.

Deși acești carbohidrați nu sunt esențiali pentru cataliză, există rapoarte că eliminarea sau îndepărtarea acestor reziduuri zaharoase scade stabilitatea structurală a proteinei. Acest lucru se poate datora solubilității și rezistenței la proteaze pe care acest „strat” de carbohidrați îi conferă.

Caracteristici

La ciuperci și insecte, după cum s-a discutat, glucoza oxidaza joacă o funcție esențială de apărare împotriva ciupercilor și bacteriilor patogene prin menținerea unei surse constante de stres oxidativ prin producerea permanentă de peroxid de hidrogen.

Vorbind despre alte funcții generale ale enzimei glucoza oxidazei nu este atât de simplu, deoarece are utilități foarte particulare în diferitele organisme care o exprimă. La albine, de exemplu, secreția sa din glandele hipofaringiene în salivă contribuie la păstrarea mierii.

La alte insecte, în funcție de stadiul ciclului de viață, funcționează în dezinfectarea alimentelor ingerate și în suprimarea sistemelor de apărare ale plantelor (când este vorba de insecte fitofage, de exemplu).

Pentru mulți ciuperci, aceasta este o enzimă crucială pentru formarea peroxidului de hidrogen care promovează degradarea ligninei. La rândul său, pentru alte tipuri de ciuperci este doar un sistem de apărare antibacterian și antifungic.

Funcții în industrie

În domeniul industrial, glucoza oxidaza a fost exploatată în mai multe moduri, dintre care putem specifica:

- Ca aditiv în timpul procesării alimentelor, unde funcționează ca antioxidant, conservant și stabilizator al produselor alimentare.

- În conservarea derivatelor lactate, unde funcționează ca agent antimicrobian.

- Este utilizat în timpul producerii de ouă pulbere pentru eliminarea glucozei și producerea peroxidului de hidrogen care împiedică dezvoltarea microorganismelor.

- Este util și în producerea vinurilor cu alcool scăzut. Acest lucru se datorează capacității sale de a consuma glucoza prezentă în sucurile utilizate pentru fermentare.

- Acidul gluconic, unul dintre produsele secundare ale reacției catalizate de glucoza oxidaza, este exploatat și pentru vopsirea textilelor, curățarea suprafețelor metalice, ca aditiv alimentar, ca aditiv în detergenți și chiar în medicamente și produse cosmetice.

Senzori de glucoză

Există diverse teste pentru a censura concentrația de glucoză în diferite condiții care se bazează pe imobilizarea enzimei glucoză oxidază pe un suport specific.

În industrie au fost proiectate trei tipuri de analize care utilizează această enzimă ca biosensor și diferențele dintre ele sunt relative la sistemul de detectare a consumului de glucoză și / sau a oxigenului sau la producerea de peroxid de hidrogen.

Pe lângă utilitatea lor în industria alimentară, biosenzorii de glucoză sunt exploatați pentru a determina cantitatea de glucoză din lichidele corporale, cum ar fi sângele și urina. Acestea sunt, de obicei, teste de rutină pentru detectarea patologiei și a altor afecțiuni fiziologice.

Referințe

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, și Ananthanarayan, L. (2009). Glucoză oxidază - o imagine de ansamblu. Progrese biotehnologice, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Proprietățile dinamice și structurale ale enzimei glucoză oxidază. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glucoza Oxidaza ca reactiv analitic. Recenzii critice în chimie analitică, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., & Turner, A. (1992). Glucoza Oxidaza: o enzima ideala. Biosenzori și bioelectronică, 7, 165-185.
5. Wong, CM, Wong, KH și Chen, XD (2008). Glucoza oxidază: apariție naturală, funcție, proprietăți și aplicații industriale. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.