Глюкозооксидаза
Класс ферментов
Глюкозооксидаза
Структура димера глюкозооксидазы (темно- и светло-синего цвета) в комплексе с ФАД (лосось) и гликанами (аквамарин) из Penicillium amagasakiense . [1]
Идентификаторы
Номер ЕС1.1.3.4
Номер CAS9001-37-0
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Глюкозооксидаза
Имена
Другие имена
Оксидаза, глюкоза
Идентификаторы
  • 9001-37-0 проверятьИ
ChemSpider
  • никто
Информационная карта ECHA100.029.625
Номер ЕС
  • 232-601-0
Номер EE1102 (дополнительные химикаты)
КЕГГ
  • 1.1.3.4 проверятьИ
УНИИ
  • 0T8392U5N1 проверятьИ
  • DTXSID201010878
Характеристики
( С6Н10О5 ) н​​​​
Молярная массапеременная
Появлениебелый или желтый порошок
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
☒Н проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение

Фермент глюкозооксидаза ( GOx или GOD ), также известный как нотатин (номер EC 1.1.3.4), является оксидоредуктазой , которая катализирует окисление глюкозы до перекиси водорода и D-глюконо-δ-лактона . 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 ( медицинское тестирование ), в растительном сырье и в пищевой промышленности. Она также имеет множество применений в биотехнологиях , как правило, в ферментных анализах для биохимии, включая биосенсоры в нанотехнологиях . [3] [4] Впервые она была выделена Детлевом Мюллером в 1928 году из Aspergillus niger . [5]

Функция

Несколько видов грибов и насекомых синтезируют глюкозооксидазу, которая производит перекись водорода, убивающую бактерии. [2]

Нотатин , извлеченный из антибактериальных культур Penicillium notatum , изначально назывался пенициллином А , но был переименован, чтобы избежать путаницы с пенициллином . [6] Было показано, что нотатин идентичен пенициллину В и глюкозооксидазе, ферментам, извлеченным из других видов плесени, помимо P. notatum ; [7] теперь он общеизвестен как глюкозооксидаза. [8]

Ранние эксперименты показали, что нотатин проявляет антибактериальную активность in vitro (в присутствии глюкозы) за счет образования перекиси водорода. [6] [9] Тесты in vivo показали, что нотатин не эффективен в защите грызунов от Streptococcus haemolyticus , Staphylococcus aureus или сальмонеллы и вызывает серьезные повреждения тканей в некоторых дозах. [9]

Глюкозооксидаза также вырабатывается гипофарингеальными железами рабочих пчел и откладывается в меде, 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

Порошок фермента глюкозооксидазы из Aspergillus niger .

GOx — это димерный белок, 3D-структура которого была выяснена. Активный центр, где связывается глюкоза, находится в глубоком кармане. Фермент, как и многие белки, действующие вне клеток, покрыт углеводными цепями. GOx — это фермент, окисляющий глюкозу, с молекулярной массой 160 кДа. Это димерный гликопротеин, состоящий из двух субъединиц, каждая из которых весит 80 кДа. Флавинадениндинуклеотид (FAD) в активном центре зарыт примерно на 1,5 нм внутри оболочки белка и действует как начальный акцептор электронов. [11]

Механизм

При pH 7 глюкоза существует в растворе в циклической полуацетальной форме в виде 63,6% β-D-глюкопиранозы и 36,4% α-D-глюкопиранозы, причем доля линейной и фуранозной формы незначительна. Глюкозооксидаза специфически связывается с β-D-глюкопиранозой и не действует на α-D-глюкозу. Она окисляет всю глюкозу в растворе, поскольку равновесие между α- и β-аномерами смещается в сторону β, поскольку она расходуется в реакции. [3]

Глюкозооксидаза катализирует окисление β-D-глюкозы в D-глюконо-1,5-лактон , который затем гидролизуется в глюконовую кислоту .

Для работы в качестве катализатора GOx требуется кофермент , флавинадениндинуклеотид (FAD). FAD является обычным компонентом в биологических окислительно-восстановительных ( редокс ) реакциях. Окислительно-восстановительные реакции включают получение или потерю электронов от молекулы. В окислительно-восстановительной реакции, катализируемой GOx, FAD работает как начальный акцептор электронов и восстанавливается до FADH− . [ 12] Затем FADH− окисляется конечным акцептором электронов, молекулярным кислородом ( O2 ) , который может это сделать, поскольку имеет более высокий восстановительный потенциал. Затем O2 восстанавливается до перекиси водорода ( H2O2 ).

Приложения

Мониторинг уровня глюкозы

Глюкозооксидаза широко используется в сочетании с реакцией пероксидазы , которая колориметрически визуализирует образовавшуюся 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 в месте использования. [3] [8]

Похожие анализы позволяют контролировать уровень глюкозы в ферментации, биореакторах и контролировать глюкозу в растительном сырье и пищевых продуктах. [ необходима цитата ] В анализе глюкозооксидазы глюкоза сначала окисляется, катализируемая глюкозооксидазой, с образованием глюконата и перекиси водорода. Затем перекись водорода окислительно соединяется с хромогеном с образованием окрашенного соединения, которое можно измерить спектроскопически. Например, перекись водорода вместе с 4-амино-антипиреном (4-AAP) и фенолом в присутствии пероксидазы дает красный хиноиминовый краситель, который можно измерить при 505 нм. Поглощение при 505 нм пропорционально концентрации глюкозы в образце.

Ферментативные биосенсоры глюкозы используют электрод вместо O 2 для захвата электронов, необходимых для окисления глюкозы, и создания электронного тока пропорционально концентрации глюкозы. [13] Это технология, лежащая в основе одноразовых полосок сенсора глюкозы, используемых диабетиками для контроля уровня глюкозы в сыворотке. [14]

Консервирование продуктов питания

В производстве GOx используется в качестве добавки благодаря своим окислительным эффектам: он способствует получению более крепкого теста при выпечке , заменяя окислители, такие как бромат. [15] Он также используется в качестве пищевого консерванта, помогающего удалять кислород и глюкозу из упакованных продуктов, таких как сухой яичный порошок, чтобы предотвратить нежелательное потемнение и нежелательный привкус. [16]

Обработка ран

В средствах по уходу за ранами, таких как «Flaminal Hydro», используется альгинатный гидрогель, содержащий глюкозооксидазу и другие компоненты в качестве окислителя.

Клинические испытания

Назальный спрей из устройства с мешком на клапане , который смешивает глюкозооксидазу с глюкозой, прошел клинические испытания в 2016 году для профилактики и лечения простуды . [ 17] [18] [19]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ PDB : 1gpe ​; Goodsell D (май 2006). «Молекула месяца: глюкозооксидаза». Банк данных белков RCSB . doi : 10.2210/rcsb_pdb/mom_2006_5.
  2. ^ ab Wong CM, Wong KH, Chen XD (апрель 2008 г.). «Глюкозооксидаза: естественное возникновение, функция, свойства и промышленное применение». Прикладная микробиология и биотехнология . 78 (6): 927–938. doi :10.1007/s00253-008-1407-4. PMID  18330562. S2CID  2246466.
  3. ^ abc "Технический лист глюкозооксидазы" (PDF) . Interchim .[ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  4. ^ Гошдастидер У, Сюй Р, Тшасковский Б, Млинарчик К, Мишта П, Вишванатан С, Ренугопалакришнан В, Филипек С (2015). «Молекулярные эффекты инкапсуляции димера глюкозооксидазы графеном». РСК Прогресс . 5 (18): 13570–8. Бибкод : 2015RSCAd...513570G. дои : 10.1039/C4RA16852F.
  5. ^ "Детлев Мюллер открывает глюкозооксидазу". Tacomed.com . Архивировано из оригинала 18 апреля 2018 года . Получено 13 июня 2017 года .{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  6. ^ ab Coulthard CE, Michaelis R, Short WF, Sykes G (1945). "Notatin: антибактериальная глюкозодегидрогеназа 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, Hartree EF (январь 1952). «Специфичность глюкозооксидазы (нотатин)». The Biochemical Journal . 50 (3): 331–41. doi :10.1042/bj0500331. PMC 1197657. PMID  14915954 . 
  8. ^ ab Raba J, Mottola HA (1995). "Глюкозооксидаза как аналитический реагент" (PDF) . Критические обзоры по аналитической химии . 25 (1): 1–42. doi :10.1080/10408349508050556. Архивировано из оригинала (PDF) 2021-01-10 . Получено 2009-01-08 .
  9. ^ ab Broom WA, Coulthard CE, Gurd MR, Sharpe ME (декабрь 1946 г.). «Некоторые фармакологические и химиотерапевтические свойства нотатина». British Journal of Pharmacology and Chemotherapy . 1 (4): 225–233. doi :10.1111/j.1476-5381.1946.tb00041.x. PMC 1509745. PMID  19108091 . 
  10. ^ Bucekova M, Valachova I, Kohutova L, Prochazka E, Klaudiny J, Majtan J (август 2014 г.). "Honeybee глюкозооксидаза — ее экспрессия у рабочих пчел и сравнительный анализ ее содержания и антибактериальной активности, опосредованной H 2 O 2 , в натуральных медах". Die Naturwissenschaften . 101 (8): 661–670. Bibcode :2014NW....101..661B. doi :10.1007/s00114-014-1205-z. PMID  24969731. S2CID  16338921.
  11. ^ Мано, Николас (2019). «Разработка глюкозооксидазы для биоэлектрохимических применений». Биоэлектрохимия . 128 : 218–240.
  12. ^ Саннер, Кристоф и др. (март 1991 г.). «Исследования глюкозооксидазы из Aspergillus niger с помощью 15N- и 13C-ЯМР». European Journal of Biochemistry . 196 (3): 663–672. doi : 10.1111/j.1432-1033.1991.tb15863.x . PMID  2013289.
  13. ^ Blanford CF (декабрь 2013 г.). «Рождение электрохимии белков». Chemical Communications . 49 (95). Королевское химическое общество: 11130–11132. doi : 10.1039/C3CC46060F. PMID  24153438.
  14. ^ Cass AE, Davis G, Francis GD, Hill HA, Aston WJ, Higgins IJ, Plotkin EV, Scott LD, Turner AP (апрель 1984 г.). «Ферроцен-опосредованный ферментный электрод для амперометрического определения глюкозы». Аналитическая химия . 56 (4). Американское химическое общество: 667–671. doi :10.1021/ac00268a018. PMID  6721151.
  15. ^ Wong CM, Wong KH, Chen XD (апрель 2008 г.). «Глюкозооксидаза: естественное возникновение, функция, свойства и промышленное применение». Прикладная микробиология и биотехнология . 78 (6): 927–38. doi :10.1007/s00253-008-1407-4. PMID  18330562. S2CID  2246466.
  16. ^ Дубей МК, Зехра А, Аамир М, Мина М, Ахирвал Л, Сингх С и др. (2017). «Стратегии улучшения, экономически эффективное производство и потенциальные применения грибковой глюкозооксидазы (GOD): текущие обновления». Frontiers in Microbiology . 8 : 1032. doi : 10.3389/fmicb.2017.01032 . PMC 5468390. PMID  28659876. 
  17. ^ Номер клинического исследования NCT01883427 для «Назального спрея с глюкозооксидазой для профилактики простуды у детей дошкольного возраста» на ClinicalTrials.gov
  18. ^ Номер клинического исследования NCT01883440 для «Глюкозооксидазы как средства лечения простуды» на ClinicalTrials.gov
  19. ^ Номер клинического исследования NCT01883453 для «Назального спрея с глюкозооксидазой для лечения простуды» на ClinicalTrials.gov
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Глюкозооксидаза&oldid=1262596802"