Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Глюкозооксидаза
077-Глюкозооксидаза-1gpe-complex.png
Структура димера глюкозооксидазы (темно-синий) в комплексе с ФАД (лосось) и гликанами (аквамарин) из Penicillium amagasakiense . [1]
Идентификаторы
Номер ЕС1.1.3.4
Количество CAS9001-37-0
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Глюкозооксидазы фермента ( GOx или БОГ ) , также известный как notatin (номер EC 1.1.3.4) является оксидо-редуктазы , который катализирует окисление глюкозы в перекись водорода и D-глюконо-дельта-лактон . Этот фермент вырабатывается некоторыми видами грибов и насекомых и проявляет антибактериальную активность в присутствии кислорода и глюкозы. [2]

Реакция, катализируемая глюкозооксидазой

Глюкозооксидаза широко используется для определения свободной глюкозы в жидкостях организма ( диагностика ), в растительном сырье и в пищевой промышленности. Он также имеет множество применений в биотехнологиях , обычно в ферментных анализах в биохимии, включая биосенсоры в нанотехнологиях . [3] [4] Впервые он был выделен Детлевым Мюллером в 1928 году из Aspergillus niger . [5]

Функция [ править ]

Глюкозооксидаза синтезируется у нескольких видов грибов и насекомых, где она используется для производства перекиси водорода, которая, в свою очередь, убивает бактерии. [2]

Нотатин , экстрагированный из антибактериальных культур Penicillium notatum , первоначально назывался Penicillin A , но был переименован, чтобы не путать с пенициллином . [6] Нотатин был идентичен пенициллину B и глюкозооксидазе, ферментам, экстрагированным из других плесневых грибов, кроме P. notatum ; [7] сейчас она широко известна как глюкозооксидаза. [8]

Ранние эксперименты показали, что нотатин проявляет антибактериальную активность in vitro (в присутствии глюкозы) из-за образования перекиси водорода. [6] [9] Тесты in vivo показали, что нотатин неэффективен для защиты грызунов от Streptococcus haemolyticus , Staphylococcus aureus или сальмонеллы , а в некоторых дозах вызывает серьезные повреждения тканей. [9]

Глюкозооксидаза также вырабатывается гипофарингеальными железами медоносных пчел и откладывается в мед, где она действует как естественный консервант. GOx на поверхности меда восстанавливает атмосферный O 2 до перекиси водорода (H 2 O 2 ), которая действует как антимикробный барьер. [10]

Структура [ править ]

Порошок фермента глюкозооксидазы из Aspergillus niger .

GOx - это димерный белок, трехмерная структура которого выяснена. Активный центр, где связывается глюкоза, находится в глубоком кармане. Фермент, как и многие белки, действующие вне клетки, покрыт углеводными цепями.

Механизм [ править ]

При pH 7 глюкоза существует в растворе в форме циклического полуацеталя в виде 63,6% β-D-глюкопиранозы и 36,4% α-D-глюкопиранозы, причем доля линейной формы и формы фуранозы незначительна. Глюкозооксидаза специфически связывается с β-D-глюкопиранозой и не действует на α-D-глюкозу. Он способен окислять всю глюкозу в растворе, потому что равновесие между α и β аномерами движется в сторону β, поскольку она расходуется в реакции. [3]

Глюкозооксидаза катализирует окисление β-D-глюкозы до D-глюконо-1,5-лактона , который затем гидролизуется до глюконовой кислоты .

Для того, чтобы работать в качестве катализатора, GOx требуется кофактор , флавинадениндинуклеотид (FAD). ФАД является обычным компонентом биологического окисления-восстановления ( окислительно-восстановительных реакций ). Окислительно-восстановительные реакции включают приобретение или потерю электронов в молекуле. В окислительно-восстановительной реакции, катализируемой GOx, FAD работает как начальный акцептор электронов и восстанавливается до FADH 2 . Затем FADH 2 окисляется конечным акцептором электронов, молекулярным кислородом (O 2 ), который может это делать, поскольку имеет более высокий восстановительный потенциал. Затем O 2 восстанавливается до перекиси водорода (H 2 O 2 ).

Приложения [ править ]

Мониторинг глюкозы [ править ]

Глюкозооксидаза широко используется в сочетании с пероксидазной реакцией, которая визуализирует колориметрически образующийся H 2 O 2 , для определения свободной глюкозы в сыворотке или плазме крови для диагностики, с использованием спектрометрических анализов вручную или с помощью автоматизированных процедур и даже для быстрых анализов точки использования. [3] [8]

Подобные анализы позволяют контролировать уровень глюкозы в ферментации, биореакторах, а также контролировать уровень глюкозы в растительном сырье и пищевых продуктах. [ необходимая цитата ] В анализе глюкозооксидазы глюкоза сначала окисляется, катализируемая глюкозооксидазой, с образованием глюконата и перекиси водорода. Затем перекись водорода окислительно связывается с хромогеном с образованием окрашенного соединения, которое можно измерить спектроскопически. Например, перекись водорода вместе с 4-аминоантипиреном (4-AAP) и фенолом в присутствии пероксидазы дают красный хиноэиминовый краситель, который можно измерить при 505 нм. Поглощение при 505 нм пропорционально концентрации глюкозы в образце.

Ферментативные биосенсоры глюкозы используют электрод вместо O 2, чтобы принимать электроны, необходимые для окисления глюкозы, и производить электронный ток, пропорциональный концентрации глюкозы. [11] Эта технология лежит в основе одноразовых сенсорных полосок глюкозы, используемых диабетиками для контроля уровня глюкозы в сыворотке крови. [12]

Консервация продуктов [ править ]

В производстве GOx используется в качестве добавки благодаря своему окислительному эффекту: он способствует получению более крепкого теста в хлебопекарном производстве , заменяя окислители, такие как бромат. [13] Он также используется в качестве пищевого консерванта для удаления кислорода и глюкозы из пищевых продуктов, когда они упакованы, например, сухой яичный порошок, чтобы предотвратить нежелательное потемнение и нежелательный вкус. [14]

Обработка ран [ править ]

В продуктах для ухода за ранами, таких как "Flaminal Hydro", используется альгинатный гидрогель, содержащий глюкозооксидазу и другие компоненты в качестве окислителя.

Клинические испытания [ править ]

Назальный спрей из мешка на клапане, который смешивает глюкозооксидазу с глюкозой, прошел клинические испытания в 2016 году для профилактики и лечения простуды . [15] [16] [17]

См. Также [ править ]

  • Оксидоредуктаза
  • Глюкометр

Ссылки [ править ]

  1. ^ PDB : 1gpe ; Гудселл Д. (май 2006 г.). «Молекула месяца: оксидаза глюкозы» . Банк данных белков RCSB . DOI : 10.2210 / rcsb_pdb / mom_2006_5 .
  2. ^ a b Wong CM, Wong KH, Chen XD (апрель 2008 г.). «Глюкозооксидаза: естественное происхождение, функции, свойства и промышленное применение». Прикладная микробиология и биотехнология . 78 (6). DOI : 10.1007 / s00253-008-1407-4 . PMID 18330562 . 
  3. ^ a b c «Технический лист глюкозооксидазы» (PDF) . Интерхим . [ постоянная мертвая ссылка ]
  4. ^ Ghoshdastider U, R Сю, Trzaskowski В, Młynarczyk К, Р Miszta, Висванатан S, Renugopalakrishnan В, Filipek S (2015). «Молекулярные эффекты инкапсуляции димера оксидазы глюкозы графеном». RSC Advances . 5 : 13570–8. DOI : 10.1039 / C4RA16852F .
  5. ^ "Детлев Мюллер открывает оксидазу глюкозы" . Tacomed.com . Архивировано из оригинального 18 апреля 2018 года . Дата обращения 13 июня 2017 .
  6. ^ a b Култхард CE, Michaelis R, Short WF, Sykes G (1945). «Нотатин: антибактериальная глюкоза-аэродегидрогеназа из Penicillium notatum Westling и Penicillium resticulosum sp. Nov» . Биохимический журнал . 39 (1): 24–36. DOI : 10.1042 / bj0390024 . PMC 1258144 . PMID 16747849 .  
  7. ^ Keilin D, Хартри EF (январь 1952). «Специфичность глюкозооксидазы (нотатина)» . Биохимический журнал . 50 (3): 331–41. DOI : 10.1042 / bj0500331 . PMC 1197657 . PMID 14915954 .  
  8. ^ а б Хулио Раба Дж, Моттола HA (1995). «Глюкозооксидаза как аналитический реагент» (PDF) . Критические обзоры в аналитической химии . 25 (1): 1–42. DOI : 10.1080 / 10408349508050556 .
  9. ^ a b Broom WA, Coulthard CE, Gurd MR, Sharpe ME (декабрь 1946 г.). «Некоторые фармакологические и химиотерапевтические свойства нотатина» . Британский журнал фармакологии и химиотерапии . 1 (4): 225–233. DOI : 10.1111 / j.1476-5381.1946.tb00041.x . PMC 1509745 . PMID 19108091 .  
  10. ^ Bucekova МЫ, Valachova я, Kohutova л, Прохазка Е, Klaudiny J, J Майтаны (август 2014). «Глюкозооксидаза медоносной пчелы - ее экспрессия в медоносных пчелах и сравнительный анализ ее содержания и антибактериальной активности, опосредованной H 2 O 2, в натуральном меде». Die Naturwissenschaften . 101 (8). DOI : 10.1007 / s00114-014-1205-z . PMID 24969731 . 
  11. ^ Blanford CF (декабрь 2013). «Рождение белковой электрохимии». Химические коммуникации . Королевское химическое общество. 49 (95): 11130–11132. DOI : 10.1039 / C3CC46060F . PMID 24153438 . 
  12. ↑ Cass AE, Davis G, Francis GD, Hill HA, Aston WJ, Higgins IJ, Plotkin EV, Scott LD, Turner AP (апрель 1984). «Ферроцен-опосредованный ферментный электрод для амперометрического определения глюкозы». Аналитическая химия . Американское химическое общество. 56 (4): 667–671. DOI : 10.1021 / ac00268a018 . PMID 6721151 . 
  13. ↑ Wong CM, Wong KH, Chen XD (апрель 2008 г.). «Глюкозооксидаза: естественное происхождение, функции, свойства и промышленное применение». Прикладная микробиология и биотехнология . 78 (6): 927–38. DOI : 10.1007 / s00253-008-1407-4 . PMID 18330562 . 
  14. ^ Дубей М.К., Зехр А, Аамир М, Меены М, Ahirwal л, Синг С, и др. (2017). «Стратегии совершенствования, рентабельное производство и потенциальные применения грибковой глюкозооксидазы (GOD): текущие обновления» . Границы микробиологии . 8 : 1032. DOI : 10,3389 / fmicb.2017.01032 . PMC 5468390 . PMID 28659876 .  
  15. ^ Номер клинического испытания NCT01883427 для « Назального спрея с глюкозооксидазой, предотвращающего простуду у детей дошкольного возраста» на ClinicalTrials.gov
  16. ^ Номер клинического испытания NCT01883440 "Глюкозооксидаза как средство от простуды " на ClinicalTrials.gov
  17. ^ Номер клинического испытания NCT01883453 для « Назального спрея с глюкозооксидазой для лечения простуды » на ClinicalTrials.gov

Внешние ссылки [ править ]

  • «Глюкозооксидаза: широко используемый и любимый фермент в биосенсорах» в Университете Пейсли.
  • Глюкоза + оксидаза в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)