GLUCOSE OXIDASE: ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026

Các glucose oxidase hay còn gọi là β-D-glucose: oxy 1-oxidoreductase, glucose-1-oxidase hoặc oxidase đơn giản glucose là một loại enzyme oxidoreductase chịu trách nhiệm về quá trình oxy hóa glucose β-D-sản xuất D-Glucono delta-lacton và oxy già.

Nó được phát hiện vào cuối những năm 1920 trong chất chiết xuất từ ​​nấm Aspergillus niger. Sự hiện diện của nó đã được chứng minh ở nấm và côn trùng, nơi sản xuất vĩnh viễn hydrogen peroxide, do tác dụng xúc tác của nó, có chức năng quan trọng trong việc bảo vệ chống lại nấm và vi khuẩn gây bệnh.

Sơ đồ cấu trúc của enzyme Glucose Oxidase (Nguồn Arcadian, qua Wikimedia Commons)

Hiện nay, glucose oxidase đã được tinh chế từ nhiều nguồn nấm khác nhau, đặc biệt là từ các chi Aspergillus và Penicillium. Mặc dù nó có thể sử dụng các chất nền khác, nhưng nó khá chọn lọc để oxy hóa β-D-glucose.

Nó có nhiều mục đích sử dụng trong các bối cảnh công nghiệp và thương mại, đó là do chi phí sản xuất thấp và độ ổn định cao.

Theo nghĩa này, enzyme này được sử dụng cả trong công nghiệp sản xuất thực phẩm và thẩm mỹ, dược phẩm và chẩn đoán lâm sàng, không chỉ như một chất phụ gia, mà còn như một chất cảm biến sinh học và / hoặc thuốc thử phân tích cho các dung dịch và dịch cơ thể khác nhau.

nét đặc trưng

Glucose oxidase là một flavoprotein hình cầu sử dụng oxy phân tử làm chất nhận điện tử để sản xuất, từ glucose, D-glucono-δ-lactone và hydrogen peroxide.

Trong hệ thống tế bào, hydrogen peroxide được tạo ra có thể được enzyme catalase tiêu thụ để tạo ra oxy và nước. Đổi lại, ở một số sinh vật, D-gluconolactone bị thủy phân thành axit gluconic, có thể thực hiện các chức năng khác nhau.

Tuy nhiên, các enzyme glucose oxidase được mô tả cho đến nay có khả năng oxy hóa các monosaccharide và các nhóm hợp chất khác, và như đã thảo luận trước đây, chúng khá đặc hiệu đối với anomer β của D-glucose.

Chúng hoạt động trong phạm vi pH có tính axit, từ 3,5 đến 6,5, và tùy thuộc vào vi sinh vật, phạm vi này có thể thay đổi đáng kể. Hơn nữa, glucose oxidase từ nấm là một trong ba loại protein liên kết với orthophosphat.

Giống như các chất xúc tác sinh học khác, các enzym này có thể bị ức chế bởi các phân tử khác nhau, bao gồm các ion bạc, đồng và thủy ngân, hydrazine và hydroxylamine, phenylhydrazine, natri bisulfate, trong số những chất khác.

Kết cấu

Glucose oxidase là một protein dimeric có hai monome giống nhau có kích thước 80 kDa, được mã hóa bởi cùng một gen, liên kết cộng hóa trị bởi hai cầu nối disulfide và tính năng động của chúng tham gia vào cơ chế xúc tác của enzyme.

Tùy thuộc vào sinh vật, trọng lượng phân tử trung bình của homodimer thay đổi từ 130 đến 175 kDa và đối với mỗi đơn phân được gắn vào, thông qua một liên kết không cộng hóa trị, một nucleotide flavin adenin (FAD), là một coenzyme có chức năng như một chất vận chuyển điện tử trong quá trình xúc tác. .

Cấu trúc của monome

Việc phân tích các đơn phân của các glucosas oxidase khác nhau được tìm thấy trong tự nhiên cho thấy chúng được chia thành hai vùng hoặc miền khác nhau: một vùng liên kết với FAD và vùng khác liên kết với glucose.

Miền liên kết FAD bao gồm các tờ gấp β, trong khi miền liên kết glucose bao gồm 4 vòng xoắn alpha, hỗ trợ một số tờ gấp β đối song song.

Glycosyl hóa

Các nghiên cứu đầu tiên được thực hiện bằng cách sử dụng enzyme A. niger xác định rằng protein này có 20% trọng lượng tươi bao gồm đường amin và 16-19% khác tương ứng với carbohydrate, trong đó hơn 80% là bã mannose. gắn với protein bằng liên kết N- hoặc O-glycosidic.

Mặc dù những carbohydrate này không cần thiết cho quá trình xúc tác, nhưng có những báo cáo rằng việc loại bỏ hoặc loại bỏ những cặn đường này sẽ làm giảm tính ổn định cấu trúc của protein. Điều này có thể là do tính hòa tan và khả năng chống lại các protease mà "lớp" carbohydrate này tạo ra trên nó.

Đặc trưng

Ở nấm và côn trùng, như đã thảo luận, glucose oxidase đóng một chức năng bảo vệ thiết yếu chống lại nấm và vi khuẩn gây bệnh bằng cách duy trì nguồn stress oxy hóa liên tục thông qua việc sản xuất hydrogen peroxide vĩnh viễn.

Nói về các chức năng chung khác của enzyme glucose oxidase không đơn giản như vậy, vì nó có những tiện ích rất đặc biệt đối với các sinh vật khác nhau thể hiện nó. Ví dụ, ở ong, sự tiết ra từ tuyến hầu họng vào nước bọt góp phần bảo quản mật ong.

Ở các loài côn trùng khác, tùy thuộc vào từng giai đoạn của vòng đời, nó hoạt động trong việc khử trùng thức ăn ăn vào và ngăn chặn hệ thống phòng thủ của thực vật (ví dụ như đối với côn trùng thực vật).

Đối với nhiều loại nấm, đây là một loại enzyme quan trọng để hình thành hydrogen peroxide thúc đẩy sự phân hủy lignin. Ngược lại, đối với các loại nấm khác, nó chỉ đơn thuần là một hệ thống bảo vệ kháng khuẩn và chống nấm.

Chức năng trong ngành

Trong lĩnh vực công nghiệp, glucose oxidase đã được khai thác theo nhiều cách, trong đó chúng ta có thể chỉ rõ:

- Là chất phụ gia trong quá trình chế biến thực phẩm, có tác dụng như chất chống oxy hóa, chất bảo quản và chất ổn định sản phẩm thực phẩm.

- Trong việc bảo quản các dẫn xuất từ ​​sữa, nơi nó hoạt động như một chất chống vi khuẩn.

- Nó được sử dụng trong quá trình sản xuất bột trứng để loại bỏ glucose và sản xuất hydrogen peroxide ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật.

- Nó cũng hữu ích trong sản xuất rượu vang có độ cồn thấp. Điều này là do khả năng tiêu thụ glucose có trong nước trái cây dùng để lên men.

- Axit gluconic, một trong những sản phẩm thứ cấp của phản ứng được xúc tác bởi men glucose oxidase, cũng được khai thác để nhuộm vải, làm sạch bề mặt kim loại, làm phụ gia thực phẩm, phụ gia trong chất tẩy rửa và thậm chí trong thuốc và mỹ phẩm.

Cảm biến glucose

Có nhiều thử nghiệm khác nhau để điều tra nồng độ glucose trong các điều kiện khác nhau dựa trên sự cố định của enzyme glucose oxidase trên một chất hỗ trợ cụ thể.

Ba loại thử nghiệm đã được thiết kế trong ngành công nghiệp sử dụng enzyme này làm cảm biến sinh học và sự khác biệt giữa chúng liên quan đến hệ thống phát hiện tiêu thụ glucose và / hoặc oxy hoặc sản xuất hydrogen peroxide.

Ngoài công dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, cảm biến sinh học glucose còn được khai thác để xác định lượng glucose trong dịch cơ thể như máu và nước tiểu. Đây thường là các xét nghiệm thông thường để phát hiện các tình trạng bệnh lý và sinh lý khác.

Người giới thiệu

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Glucose oxidase - Tổng quan. Tiến bộ Công nghệ Sinh học, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Tính chất động học và cấu trúc của enzym glucose oxidase. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glucose Oxidase làm thuốc thử phân tích. Các đánh giá quan trọng trong Hóa học phân tích, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R., & Turner, A. (1992). Glucose Oxidase: một loại enzym lý tưởng. Cảm biến sinh học & Điện tử sinh học, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH, & Chen, XD (2008). Glucose oxidase: sự xuất hiện tự nhiên, chức năng, đặc tính và các ứng dụng công nghiệp. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.