ОКСИДАЗА ГЛЮКОЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Оксидаза глюкози , також відома як бета-D-глюкоза: кисень 1-оксидоредуктаза, глюкозо-1-оксидаза або оксидаза глюкози просто є Оксидоредуктази фермент , відповідальний за окислення глюкози бети-D-продукують D-глюконолактон і перекис водню.

Його виявили наприкінці 1920-х років в екстрактах гриба Aspergillus niger. Його присутність було доведено у грибах та комах, де постійне виробництво перекису водню, завдяки своїй каталітичній дії, виконує важливі функції в захисті від хвороботворних грибів та бактерій.

Схема будови ферменту оксидази глюкози (джерело Аркадіан, через Wikimedia Commons)

В даний час глюкозооксидазу очищають з багатьох різних грибкових джерел, особливо з пологів Aspergillus і Penicillium. Хоча він може використовувати й інші субстрати, він досить вибірковий для окислення β-D-глюкози.

Він має багаторазове використання у промисловому та комерційному контекстах, що пояснюється низькою виробничою вартістю та великою стабільністю.

У цьому сенсі цей фермент використовується як у виробництві харчової промисловості, так і в косметології, фармацевтиці та клінічній діагностиці не тільки як добавка, але як біосенсор та / або аналітичний реагент для різних розчинів і рідин для тіла.

характеристики

Глюкозооксидаза - це кульовий флавопротеїн, який використовує молекулярний кисень як акцептор електронів для отримання з глюкози, D-глюконо-δ-лактону та перекису водню.

У клітинній системі утворюється перекис водню може використовуватися ферментом каталазою для отримання кисню та води. У свою чергу, в деяких організмах D-глюконолактон гідролізується до глюконової кислоти, яка може виконувати різні функції.

Описані досі ферменти глюкозооксидази здатні окиснювати моносахариди та інші класи сполук, однак, як уже обговорювалося раніше, вони є досить специфічними для β-аномеру D-глюкози.

Вони працюють в кислотних діапазонах рН, від 3,5 до 6,5, і залежно від мікроорганізму цей діапазон може значно змінюватися. Крім того, грибкові глюкозооксидази є одним із трьох типів білків, які зв’язуються з ортофосфатами.

Як і інші біологічні каталізатори, ці ферменти можуть інгібуватися різними молекулами, включаючи іони срібла, міді та ртуті, гідразин та гідроксиламін, фенілгідразин, бісульфат натрію.

Будова

Оксидаза глюкози - це димерний білок з двома однаковими мономерами по 80 кДа кожен, кодований одним і тим же геном, ковалентно пов'язаним двома дисульфідними містками і динамізм якого бере участь у каталітичному механізмі ферменту.

Залежно від організму середня молекулярна маса гомодимера коливається в межах від 130 до 175 кДа і до кожного мономеру приєднується через нековалентну зв’язок флавіноаденіновий нуклеотид (FAD), який є коферментом, який функціонує як транспортер електронів під час каталізу. .

Структура мономерів

Аналіз мономерів різних оксидаз глюкози, виявлених у природі, виявляє, що вони поділяються на дві різні області або домени: ту, яка зв’язується з FAD, та іншу, яка зв’язується з глюкозою.

Домен, що зв'язує FAD, складається з β-складених аркушів, тоді як домен, що зв'язує глюкозу, складається з 4 альфа-спіралей, які підтримують декілька антипаралельних β-складених аркушів.

Глікозилювання

Перші дослідження, проведені за допомогою ферменту A. niger, встановлюють, що цей білок має 20% своєї свіжої маси, що складається з аміно-цукрів, а ще 16-19% відповідає вуглеводам, з яких понад 80% - залишки маннози приєднаний до білка N- або O-глікозидними зв’язками.

Хоча ці вуглеводи не є важливими для каталізу, є повідомлення, що елімінація або видалення цих залишків цукру знижує структурну стійкість білка. Це може бути пов'язано з розчинністю та стійкістю до протеаз, які надає йому цей "шар" вуглеводів.

Особливості

У грибах та комах, як обговорювалося, глюкозооксидаза відіграє важливу захисну функцію проти патогенних грибів та бактерій, підтримуючи постійне джерело окисного стресу за рахунок постійного виробництва перекису водню.

Говорити про інші загальні функції ферменту глюкозооксидази не так просто, оскільки він має дуже особливі властивості у різних організмів, які його експресують. Наприклад, у бджіл його виділення з гіпофарингеальних залоз у слину сприяє збереженню меду.

У інших комах, залежно від стадії життєвого циклу, він працює при дезінфекції проковтнутої їжі та при придушенні оборонних систем рослин (якщо мова йде, наприклад, про фітофаги комах).

Для багатьох грибів це найважливіший фермент для утворення перекису водню, що сприяє руйнуванню лігніну. У свою чергу, для інших видів грибів це лише антибактеріальна та протигрибкова захисна система.

Функції в галузі

У промисловій галузі глюкозооксидазу експлуатували багатьма способами, серед яких ми можемо вказати:

- Як добавка під час переробки їжі, де вона діє як антиоксидант, консервант і стабілізатор харчових продуктів.

- в консервації молочних похідних, де він працює як протимікробний засіб.

- Застосовується під час виробництва яєчного порошку для виведення глюкози та отримання перекису водню, що перешкоджає росту мікроорганізмів.

- Він також корисний при виробництві слабоалкогольних вин. Це пов’язано з його здатністю споживати глюкозу, наявну в соках, що використовуються для бродіння.

- Глюконова кислота, один із вторинних продуктів реакції, катализируемой оксидазою глюкози, також використовується для фарбування текстилю, очищення металевих поверхонь, як харчової добавки, як добавки в миючих засобах і навіть в лікарських засобах та косметиці.

Датчики глюкози

Існують різні тести для перепису концентрації глюкози за різних умов, які ґрунтуються на іммобілізації ферменту глюкозооксидази на конкретному носії.

У промисловості було розроблено три типи аналізів, які використовують цей фермент як біосенсор, і відмінності між ними відносяться до системи виявлення споживання глюкози та / або кисню або виробництва перекису водню.

Крім їх корисності в харчовій промисловості, для визначення кількості глюкози в рідинах організму, таких як кров і сеча, використовуються біосенсори глюкози. Зазвичай це звичайні тести на виявлення патологічних та інших фізіологічних станів.

Список літератури

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Оксидаза глюкози - огляд. Біотехнологічні досягнення, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Динамічні та структурні властивості ферменту оксидази глюкози. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Оксидаза глюкози як аналітичний реагент. Критичні огляди з аналітичної хімії, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., & Turner, A. (1992). Оксидаза глюкози: ідеальний фермент. Біосенсори та біоелектроніка, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH, & Chen, XD (2008). Оксидаза глюкози: природне виникнення, функції, властивості та промислове застосування Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.