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

Oksidaza glukoze , znan tudi kot P-D-glukoza: kisik 1-Oksidoreduktaza, glukoza-1-oksidaze ali oksidaze preprosto glukoze je Oksidoreduktaza encim odgovoren za oksidacijo glukoze P-D-proizvaja D-glukonolakton in vodikov peroksid.

Odkrili so ga v poznih dvajsetih letih prejšnjega stoletja v izvlečkih glive Aspergillus niger. Njegova prisotnost je dokazana pri glivah in žuželkah, kjer ima stalna proizvodnja vodikovega peroksida zaradi katalitičnega delovanja pomembne funkcije v obrambi pred patogenimi glivami in bakterijami.

Shema strukture encima Glukoza oksidaza (Vir Arcadian, prek Wikimedia Commons)

Trenutno je glukozida oksidaza očiščena iz številnih različnih glivičnih virov, zlasti iz rodov Aspergillus in Penicillium. Čeprav lahko uporablja druge podlage, je za oksidacijo β-D-glukoze dokaj selektiven.

Ima več možnosti uporabe v industrijskem in komercialnem kontekstu, kar je posledica nizkih proizvodnih stroškov in velike stabilnosti.

V tem smislu se ta encim uporablja tako v industriji proizvodnje hrane kot v kozmetologiji, farmacevtskih izdelkih in klinični diagnostiki, ne le kot dodatek, ampak tudi kot biosenzor in / ali analitični reagent za različne raztopine in telesne tekočine.

značilnosti

Glukozidaza je globularni flavoprotein, ki uporablja molekularni kisik kot sprejemnik elektronov za proizvodnjo iz glukoze, D-glukono-5-laktona in vodikovega peroksida.

V celičnem sistemu lahko encim katalaza porabi vodikov peroksid, da porabi kisik in vodo. V nekaterih organizmih se D-glukonolakton hidrolizira v glukonsko kislino, ki lahko opravlja različne funkcije.

Do sedaj opisani encimi glukozida oksidaze lahko oksidirajo monosaharide in druge razrede spojin, vendar pa so, kot smo že razpravljali, dokaj specifični za β anomer D-glukoze.

Delujejo v kislem območju pH, od 3,5 do 6,5, odvisno od mikroorganizma pa se lahko ta razpon precej razlikuje. Poleg tega so glivične glukozne oksidaze ena od treh vrst beljakovin, ki so vezane na ortofosfate.

Tako kot drugi biološki katalizatorji lahko tudi te encime inhibirajo različne molekule, vključno s ioni srebra, bakra in živega srebra, hidrazina in hidroksilamina, fenilhidrazina, natrijevega bisulfata.

Struktura

Glukozidaza je dimerna beljakovina z dvema enakima monomerima po 80 kDa, ki ju kodira isti gen, kovalentno povezana z dvema disulfidna mostova in njuna dinamičnost je vključena v katalitični mehanizem encima.

Glede na organizem se povprečna molekulska teža homodimera giblje med 130 in 175 kDa, na vsak monomer pa se prek nekovalentne vezi pritrdi nukleotid flavin adenina (FAD), ki je koencim, ki med katalizacijo deluje kot prenašalec elektronov. .

Struktura monomerov

Analiza monomerov različnih glukoznih oksidaz, ki jih najdemo v naravi, razkriva, da jih delimo na dve različni regiji ali domeni: eno, ki se veže na FAD, in drugo, ki se veže na glukozo.

Domena, ki veže FAD, je sestavljena iz listov, zloženih z β, glukozno vezavna domena pa je sestavljena iz 4 alfa vijačnic, ki podpirajo več protiparalnih β prepognjenih listov.

Glikozilacija

Prve študije, izvedene z encimom A. niger, dokazujejo, da ima ta beljakovina 20% sveže teže sestavljene iz aminokiserjev in da še 16-19% ustreza ogljikovim hidratom, od tega več kot 80% ostankov manoze vezan na protein z N- ali O-glikozidnimi vezmi.

Čeprav ti ogljikovi hidrati niso bistveni za katalizo, obstajajo poročila, da izločanje ali odstranitev teh sladkornih ostankov zmanjša strukturno stabilnost beljakovin. To je lahko posledica topnosti in odpornosti na proteaze, ki ji jo daje ta "plast" ogljikovih hidratov.

Lastnosti

Pri glivicah in žuželkah, kot je razpravljeno, ima glukozida oksidaza ključno obrambno funkcijo pred patogenimi glivami in bakterijami, saj ohranja stalen vir oksidativnega stresa s stalno proizvodnjo vodikovega peroksida.

Ko govorimo o drugih splošnih funkcijah encima glukoza oksidaza, ni tako preprosto, saj ima zelo različne koristi v različnih organizmih, ki ga izražajo. Pri čebelah na primer njegovo izločanje iz hipofaringealnih žlez v slino prispeva k ohranjanju medu.

Pri drugih žuželkah, odvisno od stopnje življenjskega cikla, deluje pri dezinfekciji zaužite hrane in pri zatiranju obrambnih sistemov rastlin (na primer, ko gre za fitofagozne žuželke).

Za številne glive je to ključni encim za tvorbo vodikovega peroksida, ki spodbuja razgradnjo lignina. Za druge vrste gliv je to le protibakterijski in protiglivični obrambni sistem.

Funkcije v industriji

Na industrijskem področju je bila glukoksidaza izkoriščena na več načinov, med katerimi lahko navedemo:

- Kot dodatek med predelavo hrane, kjer deluje kot antioksidant, konzervans in stabilizator živilskih izdelkov.

- pri konzerviranju mlečnih derivatov, kjer deluje kot protimikrobno sredstvo.

- Uporablja se med proizvodnjo jajčnega prahu za izločanje glukoze in proizvodnjo vodikovega peroksida, ki preprečuje rast mikroorganizmov.

- Uporabna je tudi pri pridelavi nizko alkoholnih vin. To je posledica njegove sposobnosti uživanja glukoze, ki je prisotna v sokovih, ki se uporabljajo za fermentacijo.

- Glukonska kislina, eden od sekundarnih produktov reakcije, ki jo katalizira glukozida oksidaza, se uporablja tudi za barvanje tekstila, čiščenje kovinskih površin, kot aditiv za živila, kot dodatek v detergentih in celo v zdravilih in kozmetiki.

Senzorji glukoze

Obstajajo različni testi za popisovanje koncentracije glukoze pod različnimi pogoji, ki temeljijo na imobilizaciji encima glukoza oksidaza na specifičnem nosilcu.

V industriji so bile zasnovane tri vrste testov, ki uporabljajo ta encim kot biosenzor, razlike med njimi pa so glede na sistem za zaznavanje porabe glukoze in / ali kisika ali proizvodnjo vodikovega peroksida.

Poleg njihove uporabnosti v prehrambeni industriji se za določanje količine glukoze v telesnih tekočinah, kot sta kri in urin, uporabljajo biosenzorji glukoze. To so običajno rutinski testi za odkrivanje patoloških in drugih fizioloških stanj.

Reference

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Glukoksidaza - pregled. Biotehnologija, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Dinamične in strukturne lastnosti encima glukoza oksidaza. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glukozida oksidaza kot analitični reagent. Kritični pregledi iz analitične kemije, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., in Turner, A. (1992). Glukozna oksidaza: idealen encim. Biosenzorji in bioelektronika, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH in Chen, XD (2008). Glukozidaza: naravni pojav, delovanje, lastnosti in industrijska uporaba. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.