Glikozes oksidāze , kas pazīstams arī kā beta-D-glikozes: skābeklis 1-oksidoreduktāzes, glikozes-1-oksidāzes vai vienkārši glikozes oksidāze ir redoksidāze enzīms, oksidējoties glikozes beta-D-ražo D-gluconolactone un ūdeņraža peroksīds.
Tas tika atklāts 1920. gadu beigās Aspergillus niger sēnes ekstraktos. Tā klātbūtne ir pierādīta sēnēs un kukaiņos, kur pastāvīgai ūdeņraža peroksīda ražošanai, pateicoties tās katalītiskajai darbībai, ir svarīgas funkcijas aizsardzībā pret patogēnām sēnītēm un baktērijām.
Enzīma Glikozes oksidāzes struktūras shēma (Arcadian avots, izmantojot Wikimedia Commons)
Pašlaik glikozes oksidāze ir attīrīta no daudziem dažādiem sēnīšu avotiem, īpaši no Aspergillus un Penicillium ģintīm. Lai arī tas var izmantot citus substrātus, tas ir diezgan selektīvs β-D-glikozes oksidēšanai.
Tam ir vairākas iespējas rūpnieciskā un komerciālā kontekstā, kas ir saistīts ar zemām ražošanas izmaksām un lielu stabilitāti.
Šajā nozīmē šo fermentu izmanto gan pārtikas ražošanas nozarē, gan kosmetoloģijā, farmācijā un klīniskajā diagnostikā ne tikai kā piedevu, bet arī kā biosensoru un / vai analītisku reaģentu dažādiem šķīdumiem un ķermeņa šķidrumiem.
raksturojums
Glikozes oksidāze ir globāls flavoproteīns, kas izmanto molekulāro skābekli kā elektronu akceptoru, lai no glikozes iegūtu D-gliko-δ-laktonu un ūdeņraža peroksīdu.
Šūnu sistēmā iegūto ūdeņraža peroksīdu ferments katalāze var patērēt skābekļa un ūdens ražošanai. Savukārt dažos organismos D-glikolaolaktons tiek hidrolizēts līdz glikonskābei, kas var veikt dažādas funkcijas.
Līdz šim aprakstītie glikozes oksidāzes fermenti spēj oksidēt monosaharīdus un citas savienojumu klases, tomēr, un kā jau iepriekš tika runāts, tie ir diezgan specifiski D-glikozes β anomēriem.
Tie darbojas skābā pH diapazonā no 3,5 līdz 6,5, un atkarībā no mikroorganisma šis diapazons var ievērojami atšķirties. Turklāt sēnīšu glikozes oksidāzes ir viens no trim olbaltumvielu veidiem, kas ir piesaistīti ortofosfātiem.
Tāpat kā citus bioloģiskos katalizatorus, šos fermentus cita starpā var inhibēt dažādas molekulas, ieskaitot sudraba, vara un dzīvsudraba jonus, hidrazīnu un hidroksilamīnu, fenilhidrazīnu, nātrija bisulfātu.
Uzbūve
Glikozes oksidāze ir dimērisks proteīns ar diviem identiskiem monomēriem 80 kDa katrā, ko kodē viens un tas pats gēns, kovalenti savieno divi disulfīdu tilti un kura dinamika ir iesaistīta fermenta katalītiskajā mehānismā.
Atkarībā no organisma homodimēra vidējā molekulmasa svārstās no 130 līdz 175 kDa, un katram monomēram caur nekovalento saiti ir piestiprināts flavina adenīna nukleotīds (FAD), kas ir koenzīms, kas katalīzes laikā darbojas kā elektronu transportētājs. .
Monomēru struktūra
Dabā sastopamo dažādu glikozo oksidāžu monomēru analīze atklāj, ka tie ir sadalīti divos dažādos reģionos vai domēnos: viens, kas saistās ar FAD, un otrs, kas saistās ar glikozi.
FAD saistošais domēns sastāv no β salocītām loksnēm, savukārt glikozi saistošais domēns sastāv no 4 alfa helicēm, kas atbalsta vairākas antiparalēli veidotas β salocītas loksnes.
Glikozilēšana
Pirmajos pētījumos, kas veikti, izmantojot fermentu A. niger, tika noskaidrots, ka šī olbaltumvielu 20% no tā svaigā svara veido aminos cukuri un ka vēl 16–19% atbilst ogļhidrātiem, no kuriem vairāk nekā 80% ir mannozes atlikumi kas piesaistīti olbaltumvielām ar N- vai O-glikozīdu saitēm.
Kaut arī šie ogļhidrāti nav nepieciešami katalīzē, ir ziņojumi, ka šo cukuroto atlikumu izvadīšana vai noņemšana samazina olbaltumvielu strukturālo stabilitāti. Tas var būt saistīts ar šķīdību un izturību pret proteāzēm, ko tam piešķir šis ogļhidrātu “slānis”.
Iespējas
Kā aprakstīts sēnēs un kukaiņos, glikozes oksidāzei ir būtiska aizsardzības funkcija pret patogēnām sēnītēm un baktērijām, uzturot nemainīgu oksidācijas stresa avotu, pastāvīgi veidojot ūdeņraža peroksīdu.
Runāt par citām glikozes oksidāzes fermenta vispārējām funkcijām nav tik vienkārši, jo tai ir ļoti īpašas iespējas dažādos organismos, kas to izsaka. Piemēram, bitēm tā sekrēcija no hipofaringeālajiem dziedzeriem siekalās veicina medus saglabāšanos.
Citos kukaiņos, atkarībā no dzīves cikla posma, tas darbojas, dezinficējot uzņemto pārtiku un apslāpējot augu aizsardzības sistēmas (piemēram, kad runa ir par fitophagous kukaiņiem).
Daudzām sēnēm tas ir būtisks ferments ūdeņraža peroksīda veidošanā, kas veicina lignīna sadalīšanos. Savukārt citiem sēnīšu veidiem tā ir tikai antibakteriāla un pretsēnīšu aizsardzības sistēma.
Funkcijas nozarē
Rūpniecības jomā glikozes oksidāze ir izmantota daudzos veidos, starp kuriem mēs varam norādīt:
- Kā piedeva pārtikas pārstrādes laikā, ja tā darbojas kā antioksidants, konservants un pārtikas produktu stabilizators.
- piena produktu atvasinājumu konservēšanā, kur tas darbojas kā pretmikrobu līdzeklis.
- To izmanto olu pulvera ražošanas laikā glikozes izvadīšanai un ūdeņraža peroksīda ražošanai, kas novērš mikroorganismu augšanu.
- Tas ir noderīgs arī vīnu ar zemu alkohola saturu ražošanā. Tas ir saistīts ar tā spēju patērēt glikozi, kas atrodas sulās, kuras izmanto fermentācijai.
- Glikonskābi, kas ir viens no reakcijas sekundārajiem produktiem, ko katalizē glikozes oksidāze, izmanto arī tekstilizstrādājumu krāsošanai, metāla virsmu tīrīšanai kā pārtikas piedevu, kā piedevu mazgāšanas līdzekļos un pat medikamentos un kosmētikā.
Glikozes sensori
Glikozes koncentrācijas skaitīšanai dažādos apstākļos ir dažādi testi, kuru pamatā ir fermenta glikozes oksidāzes imobilizācija uz noteikta balsta.
Rūpniecībā ir izstrādāti trīs veidu testi, kuros šo fermentu izmanto kā biosensoru, un atšķirības starp tiem ir saistītas ar glikozes un / vai skābekļa patēriņa noteikšanas sistēmu vai ūdeņraža peroksīda ražošanu.
Papildus glikozes biosensoru izmantošanai pārtikas rūpniecībā tiek izmantoti glikozes daudzuma noteikšanai ķermeņa šķidrumos, piemēram, asinīs un urīnā. Parasti tās ir ikdienas pārbaudes patoloģisko un citu fizioloģisko stāvokļu noteikšanai.
Atsauces
- Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS un Ananthanarayan, L. (2009). Glikozes oksidāze - pārskats. Biotechnology Advances, 27. (4), 489. – 501.
- Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., and Alpert, B. (1998). Glikozes oksidāzes enzīma dinamiskās un strukturālās īpašības. Eur Biophys, 27., 19. – 25.
- Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glikozes oksidāze kā analītisks reaģents. Kritiskās atsauksmes analītiskajā ķīmijā, 25. panta 1. punkts, 1. – 42.
- Vilsons, R., un Tērners, A. (1992). Glikozes oksidāze: ideāls ferments. Biosensori un bioelektronika, 7, 165–185.
- Wong, CM, Wong, KH un Chen, XD (2008). Glikozes oksidāze: dabiska sastopamība, darbība, īpašības un pielietojums rūpniecībā. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.