The oxidase glukosa , juga dikenali sebagai β-D-glukosa: oksigen 1-oxidoreductase, glukosa-1-oxidase atau oxidase hanya glukosa merupakan enzim oxidoreductase bertanggungjawab pengoksidaan glukosa β-D-menghasilkan D-gluconolactone dan hidrogen peroksida.
Ia ditemui pada akhir 1920-an dalam ekstrak kulat Aspergillus niger. Kehadirannya telah terbukti pada jamur dan serangga, di mana penghasilan hidrogen peroksida secara kekal, kerana tindakan pemangkinnya, mempunyai fungsi penting dalam pertahanan terhadap kulat dan bakteria patogen.
Skematik struktur enzim Glukosa Oksidase (Sumber Arcadian, melalui Wikimedia Commons)
Pada masa ini, glukosa oksidase telah disucikan dari pelbagai sumber kulat, terutamanya dari genera Aspergillus dan Penicillium. Walaupun boleh menggunakan substrat lain, ia cukup selektif untuk pengoksidaan β-D-glukosa.
Ia mempunyai banyak kegunaan dalam konteks industri dan komersial, yang disebabkan oleh kos pengeluaran yang rendah dan kestabilan yang tinggi.
Dalam pengertian ini, enzim ini digunakan baik dalam industri pengeluaran makanan dan dalam bidang kosmetologi, farmaseutikal dan diagnostik klinikal, tidak hanya sebagai bahan tambahan, tetapi juga sebagai biosensor dan / atau reagen analisis untuk larutan dan cairan tubuh yang berbeza.
ciri
Glukosa oksidase adalah flavoprotein globular yang menggunakan oksigen molekul sebagai akseptor elektron untuk menghasilkan, dari glukosa, D-glukono-δ-lakton dan hidrogen peroksida.
Dalam sistem selular, hidrogen peroksida yang dihasilkan dapat dimakan oleh enzim katalase untuk menghasilkan oksigen dan air. Sebaliknya, dalam beberapa organisma, D-glukonolakton dihidrolisis menjadi asid glukonat, yang dapat melakukan fungsi yang berbeza.
Enzim glukosa oksidase yang dijelaskan setakat ini mampu mengoksidakan monosakarida dan sebatian kelas lain, namun, dan seperti yang telah dibincangkan sebelumnya, ia cukup spesifik untuk anomer β D-glukosa.
Mereka bekerja dalam julat pH berasid, dari 3.5 hingga 6.5, dan bergantung pada mikroorganisma, julat ini dapat sangat berbeza. Tambahan pula, oksidase glukosa kulat adalah salah satu daripada tiga jenis protein yang terikat pada ortofosfat.
Seperti pemangkin biologi lain, enzim ini dapat dihambat oleh molekul-molekul yang berbeza, termasuk ion perak, tembaga dan merkuri, hidrazin dan hidroksilamina, fenilhidrazin, natrium bisulfat, antara lain.
Struktur
Glukosa oksidase adalah protein dimer dengan dua monomer yang sama iaitu 80 kDa, dikodkan oleh gen yang sama, dihubungkan secara kovalen oleh dua jambatan disulfida dan dinamisme yang terlibat dalam mekanisme pemangkin enzim.
Bergantung pada organisma, berat molekul purata homodimer bervariasi antara 130 dan 175 kDa dan pada setiap monomer, melalui ikatan bukan kovalen, nukleotida flavin adenin (FAD) terpasang, yang merupakan koenzim yang berfungsi sebagai pengangkut elektron semasa pemangkin. .
Struktur monomer
Analisis monomer oksidase glukosa yang berbeza yang terdapat di alam menunjukkan bahawa ia terbahagi kepada dua kawasan atau domain yang berbeza: satu yang mengikat FAD dan satu lagi yang mengikat glukosa.
Domain pengikat FAD terdiri daripada lembaran terlipat β, sementara domain pengikat glukosa terdiri dari 4 heliks alfa, yang menyokong beberapa helai berlipat β antiparalel.
Glikosilasi
Kajian pertama yang dilakukan menggunakan enzim A. niger membuktikan bahawa protein ini mempunyai 20% berat segarnya yang terdiri daripada gula amino dan 16-19% yang lain sesuai dengan karbohidrat, di mana lebih daripada 80% adalah sisa mannose dilekatkan pada protein oleh ikatan N- atau O-glikosidik.
Walaupun karbohidrat ini tidak penting untuk pemangkinan, terdapat laporan bahawa penghapusan atau penyingkiran residu gula ini menurunkan kestabilan struktur protein. Ini mungkin disebabkan oleh kelarutan dan ketahanan terhadap protease yang "lapisan" karbohidrat ini berikan padanya.
ciri-ciri
Pada jamur dan serangga, seperti yang disebutkan, glukosa oksidase memainkan fungsi pertahanan penting terhadap kulat dan bakteria patogen dengan mengekalkan sumber tekanan oksidatif yang berterusan melalui pengeluaran hidrogen peroksida secara tetap.
Bercakap mengenai fungsi umum lain enzim glukosa oksidase tidak begitu mudah, kerana ia mempunyai utiliti yang sangat khusus dalam pelbagai organisma yang mengekspresikannya. Sebagai contoh, pada lebah, rembesannya dari kelenjar hipofaring ke dalam air liur menyumbang kepada pemeliharaan madu.
Pada serangga lain, bergantung pada tahap kitaran hidup, ia berfungsi dalam pembasmian kuman makanan yang tertelan dan penindasan sistem pertahanan tanaman (misalnya, mengenai serangga fitofagus, misalnya).
Bagi banyak kulat, ini adalah enzim penting untuk pembentukan hidrogen peroksida yang mendorong penurunan lignin. Sebagai gantinya, untuk jenis kulat yang lain hanyalah sistem pertahanan antibakteria dan antijamur.
Fungsi dalam industri
Di bidang perindustrian, glukosa oksidase telah dieksploitasi dalam banyak cara, di antaranya kita dapat menentukan:
- Sebagai bahan tambahan semasa pemprosesan makanan, di mana ia berfungsi sebagai antioksidan, pengawet dan penstabil produk makanan.
- Dalam pemeliharaan derivatif tenusu, di mana ia berfungsi sebagai agen antimikroba.
- Ia digunakan selama produksi serbuk telur untuk penghapusan glukosa dan penghasilan hidrogen peroksida yang mencegah pertumbuhan mikroorganisma.
- Ia juga berguna dalam pengeluaran wain alkohol rendah. Ini disebabkan kemampuannya untuk mengkonsumsi glukosa yang terdapat dalam jus yang digunakan untuk penapaian.
- Asid glukonat, salah satu produk sekunder tindak balas yang dikatalisis oleh glukosa oksidase, juga dieksploitasi untuk pencelupan tekstil, pembersihan permukaan logam, sebagai bahan tambahan makanan, sebagai bahan tambahan dalam deterjen dan bahkan dalam ubat-ubatan dan kosmetik.
Sensor glukosa
Terdapat pelbagai ujian untuk membuat bancian kepekatan glukosa dalam keadaan yang berbeza berdasarkan imobilisasi enzim glukosa oksidase pada sokongan tertentu.
Tiga jenis pengujian telah dirancang dalam industri yang menggunakan enzim ini sebagai biosensor dan perbezaan di antara keduanya berkaitan dengan sistem pengesanan penggunaan glukosa dan / atau oksigen atau pengeluaran hidrogen peroksida.
Sebagai tambahan kepada kegunaannya dalam industri makanan, biosensor glukosa dieksploitasi untuk menentukan jumlah glukosa dalam cairan tubuh seperti darah dan air kencing. Ini biasanya merupakan ujian rutin untuk mengesan keadaan patologi dan keadaan fisiologi yang lain.
Rujukan
- Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Glukosa oksidase - Gambaran keseluruhan. Kemajuan Bioteknologi, 27 (4), 489–501.
- Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Sifat dinamik dan struktur enzim glukosa oksidase. Eur Biophys, 27, 19–25.
- Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glukosa Oksidase sebagai Reagen Analisis. Ulasan Kritikal dalam Kimia Analitik, 25 (1), 1-42.
- Wilson, R., & Turner, A. (1992). Glukosa Oksidase: enzim yang ideal. Biosensor & Bioelektronik, 7, 165–185.
- Wong, CM, Wong, KH, & Chen, XD (2008). Glukosa oksidase: kejadian semula jadi, fungsi, sifat dan aplikasi industri. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.