גלוקוז אוקסידאז , הידוע גם בשם β-D-גלוקוז: חמצן 1-oxidoreductase, גלוקוז-1-אוקסידאז או פשוט גלוקוז אוקסידאז הוא אנזים oxidoreductase אחראי חמצון של גלוקוז β-D-הפקת D-gluconolactone ו מי חמצן.
הוא התגלה בסוף שנות העשרים בתמציות של הפטרייה אספרגילוס ניגר. נוכחותו הוכחה בפטריות וחרקים, כאשר לייצור הקבוע של מי חמצן, עקב פעולתו הקטליטית, יש תפקידים חשובים להגנה מפני פטריות וחיידקים פתוגניים.
סכמטי של מבנה האנזים גלוקוז אוקסידאז (מקור ארקדיאן, באמצעות Wikimedia Commons)
נכון לעכשיו, טוהר הגלוקוז אוקסידאז ממקורות פטרייתיים רבים ושונים, במיוחד מהז'אנרים אספרגילוס ופניציליום. למרות שהוא יכול להשתמש במצעים אחרים, הוא סלקטיבי למדי לחמצון של β-D-גלוקוזה.
יש לו שימושים מרובים בהקשרים תעשייתיים ומסחריים, אשר נובעת מעלות הייצור הנמוכה שלה ויציבות רבה.
במובן זה, אנזים זה משמש הן בתעשיית ייצור המזון והן בתחום הקוסמטיקה, התרופות והאבחון הקליני, לא רק כתוסף אלא גם כגורם חיישן ו / או מגיב אנליטי לפתרונות שונים ונוזלי גוף.
מאפיינים
גלוקוז אוקסידאז הוא פלבופרוטאין כדורית המשתמשת בחמצן מולקולרי כמקבל אלקטרונים כדי לייצר, מגלוקוז, D-glucono-δ-lactone ומי חמצן.
במערכת סלולארית, מי חמצן המיוצר ניתן לצרוך על ידי הזרז האנזים לייצור חמצן ומים. בתורו, בחלק מהאורגניזמים, D-gluconolactone הוא הידרוליזה לחומצה גלוקונית, שיכולה לבצע פונקציות שונות.
אנזימי הגלוקוז אוקסידאז שתוארו עד כה מסוגלים לחמצן מונוסכרידים וסוגים אחרים של תרכובות, עם זאת, וכפי שנדון קודם לכן, הם די ספציפיים לאנמר ה- ß של הגלוקוזה D.
הם עובדים בטווחי pH חומציים, בין 3.5 ל 6.5, ובהתאם למיקרואורגניזם, טווח זה יכול להשתנות במידה ניכרת. יתרה מזאת, אוקסידאזים גלוקוזיים פטרייתיים הם אחד משלושת סוגי החלבונים הקושרים לאורטופוספטים.
בדומה לזרזים ביולוגיים אחרים, אנזימים אלו ניתנים לעיכוב על ידי מולקולות שונות, כולל יוני כסף, נחושת וכספית, הידרזין והידרוקסילאמין, פניל הידרזין, נתרן ביסולפט, בין היתר.
מִבְנֶה
גלוקוז אוקסידאז הוא חלבון דימרי עם שני מונומרים זהים של 80 קילו-דאטה כל אחד, המקודדים על ידי אותו גן, המקושרים בצורה קוולנטית על ידי שני גשרים דיסולפידים ודינמיותם מעורבת במנגנון הקטליטי של האנזים.
בהתאם לאורגניזם, המשקל המולקולרי הממוצע של ההומודימר משתנה בין 130 ל 175 kDa ולכל מונומר מחובר, דרך קשר לא קוולנטי, נוקלאוטיד פלבין אדנין (FAD) שהוא קו אנזים שמתפקד כטרנספורטר אלקטרונים במהלך הקטליזה. .
מבנה מונומרים
ניתוח המונומרים של אוקסידאזים גלוקוזיים שונים שנמצאים בטבע מגלה שהם מחולקים לשני אזורים או תחומים שונים: האחד נקשר ל- FAD והשני הנקשר לגלוקוזה.
התחום המחייב FAD מורכב מגיליונות מקופלים עם β, ואילו התחום המחייב גלוקוז מורכב מארבעה מסיבי אלפא, התומכים בכמה גיליונות מקופלים מסוג β.
גליקוזילציה
המחקרים הראשונים שנערכו באמצעות אנזים A. niger קובעים כי לחלבון זה 20% ממשקלו הטרי מורכב מסוכרי אמינו וכי 16-19% נוספים תואמים פחמימות, מתוכן יותר מ 80% הם שאריות מנוז. מחוברים לחלבון על ידי קשרים N- או O- גליקוזידיים.
למרות שפחמימות אלה אינן חיוניות לקטליזה, ישנם דיווחים כי חיסולם או הסרתם של שאריות סוכריות אלו מוריד את היציבות המבנית של החלבון. זה יכול להיות בגלל המסיסות והעמידות לפרוטאזות ש"שכבה "זו של פחמימות מעניקה לה.
מאפיינים
אצל פטריות וחרקים, כאמור, גלוקוז אוקסידזה ממלא תפקיד הגנה חיוני כנגד פטריות וחיידקים פתוגניים על ידי שמירה על מקור מתמיד של לחץ חמצוני דרך ייצור קבוע של מי חמצן.
לדבר על תפקודים כלליים אחרים של האנזים גלוקוז אוקסידזה זה לא כל כך קל, מכיוון שיש לו כלים מאוד מסוימים באורגניזמים השונים שמבטאים אותו. אצל דבורים, למשל, הפרשתה מבלוטות ההיפופרינית לרוק תורמת לשימור הדבש.
בחרקים אחרים, תלוי בשלב מחזור החיים, הוא פועל בחיטוי של מזון שנבלע ובדיכוי מערכות ההגנה של הצמחים (כשמדובר בחרקים פיטופגיים למשל).
עבור פטריות רבות זהו אנזים מכריע ליצירת מי חמצן המקדם את השפלה של ליגנין. בתורו, עבור סוגים אחרים של פטריות מדובר בסך הכל במערכת הגנה אנטיבקטריאלית ונגד פטריות.
פונקציות בענף
בתחום התעשייתי, גלוקוז אוקסידאז נוצל במובנים רבים, ביניהם ניתן לציין:
- כתוסף במהלך עיבוד מזון, שם הוא פועל כנוגד חמצון, חומר משמר ומייצב של מוצרי מזון.
- בשימור נגזרות חלביות, שם הוא פועל כסוכן אנטי-מיקרוביאלי.
- הוא משמש במהלך ייצור אבקת ביצה לביטול גלוקוז וייצור מי חמצן המונע צמיחה של מיקרואורגניזמים.
- הוא שימושי גם בייצור יינות אלכוהוליים נמוכים. זה נובע מיכולתו לצרוך את הגלוקוז שנמצא במיצים המשמשים לתסיסה.
- חומצה גלוקונית, אחד התוצרים המשניים של התגובה המוזזמת על ידי גלוקוז אוקסידאז, מנוצלת גם לצביעה של טקסטיל, לניקוי משטחי מתכת, כתוסף מזון, כתוסף בחומרי ניקוי ואפילו בתרופות וקוסמטיקה.
חיישני גלוקוז
ישנן בדיקות שונות למפקד ריכוז הגלוקוז בתנאים שונים המבוססים על אי-תנועה של האנזים גלוקוז אוקסידאז על גבי תמיכה ספציפית.
שלושה סוגים של מבחנים תוכננו בתעשייה המשתמשים באנזים זה כגישור ביולוגי וההבדלים ביניהם ביחס למערכת איתור גלוקוז ו / או צריכת חמצן או לייצור מי חמצן.
בנוסף לשימושיותם בתעשיית המזון, מנוצלים חיישני ביולוגי גלוקוז לקביעת כמות הגלוקוזה בנוזלי גוף כמו דם ושתן. לרוב מדובר בבדיקות שגרתיות לגילוי מצבים פתולוגיים ופיזיולוגיים אחרים.
הפניות
- בנקר, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, and Ananthanarayan, L. (2009). גלוקוז אוקסידאז - סקירה כללית. התקדמות ביוטכנולוגית, 27 (4), 489–501.
- Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., and Alpert, B. (1998). תכונות דינמיות ומבניות של אנזים גלוקוז אוקסידאז. יור ביופיס, 27, 19-25.
- Raba, J., & Mottola, HA (1995). גלוקוז אוקסידאז כמגיב אנליטי. ביקורות ביקורתיות בכימיה אנליטית, 25 (1), 1–42.
- וילסון, ר., וטרנר, א '(1992). גלוקוז אוקסידאז: אנזים אידיאלי. ביוסנסורים וביואלקטרוניקה, 7, 165–185.
- וונג, CM, וונג, KH, וחן, XD (2008). גלוקוז אוקסידאז: התרחשות טבעית, תפקוד, תכונות ויישומים תעשייתיים. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.