و أوكسيديز الجلوكوز ، المعروف أيضا باسم β-D-الجلوكوز: الأكسجين 1-مؤكسدة مختزلة والجلوكوز-1-أوكسيداز أو أوكسيديز الجلوكوز ببساطة هو انزيم مؤكسدة مختزلة مسؤولة عن أكسدة الجلوكوز β إنتاج-D-D-جلوكونولاكتون و بيروكسيد الهيدروجين.
تم اكتشافه في أواخر عشرينيات القرن الماضي في مقتطفات من فطر Aspergillus niger. لقد ثبت وجوده في الفطريات والحشرات ، حيث أن للإنتاج الدائم لبيروكسيد الهيدروجين ، بسبب عمله التحفيزي ، وظائف مهمة في الدفاع ضد الفطريات المسببة للأمراض والبكتيريا.
رسم تخطيطي لهيكل إنزيم الجلوكوز أوكسيديز (المصدر أركاديان ، عبر ويكيميديا كومنز)
حاليًا ، تمت تنقية الجلوكوز أوكسيديز من العديد من المصادر الفطرية المختلفة ، خاصة من أجناس الرشاشيات والبنسيليوم. على الرغم من أنه يمكن أن يستخدم ركائز أخرى ، إلا أنه انتقائي تمامًا لأكسدة β-D-glucose.
لها استخدامات متعددة في السياقات الصناعية والتجارية ، ويرجع ذلك إلى انخفاض تكلفة الإنتاج والاستقرار الكبير.
بهذا المعنى ، يستخدم هذا الإنزيم في كل من صناعة إنتاج الغذاء وفي التجميل ، في المستحضرات الصيدلانية والتشخيص السريري ، ليس فقط كمضاف ، ولكن كمستشعر حيوي و / أو كاشف تحليلي لمحاليل مختلفة وسوائل الجسم.
مميزات
الجلوكوز أوكسيديز هو بروتين فلافوبروتين كروي يستخدم الأكسجين الجزيئي كمستقبل للإلكترون لإنتاج الجلوكوز و D-glucono-δ-lactone و hydrogen peroxide.
في النظام الخلوي ، يمكن أن يستهلك إنزيم الكاتلاز بيروكسيد الهيدروجين الناتج لإنتاج الأكسجين والماء. بدوره ، في بعض الكائنات الحية ، يتحلل D-gluconolactone إلى حمض الجلوكونيك ، والذي يمكن أن يؤدي وظائف مختلفة.
إن إنزيمات الجلوكوز أوكسيديز الموصوفة حتى الآن قادرة على أكسدة السكريات الأحادية وفئات أخرى من المركبات ، ومع ذلك ، وكما نوقش سابقًا ، فهي محددة تمامًا لـ anomer لـ D-glucose.
تعمل في نطاقات الأس الهيدروجيني الحمضية ، من 3.5 إلى 6.5 ، واعتمادًا على الكائنات الحية الدقيقة ، يمكن أن يختلف هذا النطاق بشكل كبير. علاوة على ذلك ، فإن أوكسيديز الجلوكوز الفطري هو أحد الأنواع الثلاثة للبروتينات المرتبطة بمركبات أورثوفوسفات.
مثل المحفزات البيولوجية الأخرى ، يمكن تثبيط هذه الإنزيمات بواسطة جزيئات مختلفة ، بما في ذلك الفضة والنحاس وأيونات الزئبق والهيدرازين والهيدروكسيلامين والفينيل هيدرازين وثنائي كبريتات الصوديوم وغيرها.
بناء
أوكسيديز الجلوكوز عبارة عن بروتين ثنائي المونومرين متطابقين كل منهما 80 كيلو دالتون ، مشفر بواسطة نفس الجين ، مرتبطين تساهميًا بجسري ثاني كبريتيد وتشارك ديناميكياته في الآلية التحفيزية للإنزيم.
اعتمادًا على الكائن الحي ، يتراوح متوسط الوزن الجزيئي لجهاز homodimer بين 130 و 175 كيلو دالتون ولكل مونومر ، من خلال رابطة غير تساهمية ، يتم إرفاق فلافين أدينين نيوكليوتيد (FAD) ، وهو أنزيم يعمل كناقل إلكتروني أثناء التحفيز..
هيكل المونومرات
يكشف تحليل المونومرات لأكسيدازات الجلوكوز المختلفة الموجودة في الطبيعة أنها مقسمة إلى منطقتين أو مجالين مختلفين: واحدة ترتبط بـ FAD والأخرى ترتبط بالجلوكوز.
يتكون مجال ربط FAD من صفائح مطوية ، بينما يتكون مجال ربط الجلوكوز من 4 حلزونات ألفا ، والتي تدعم العديد من الصفائح المطوية المضادة للتوازي.
الارتباط بالجليكوزيل
أثبتت الدراسات الأولى التي أجريت باستخدام إنزيم A. niger أن هذا البروتين يحتوي على 20 ٪ من وزنه الطازج المكون من السكريات الأمينية وأن 16-19 ٪ أخرى تتوافق مع الكربوهيدرات ، والتي أكثر من 80 ٪ منها عبارة عن بقايا مانوز تعلق بالبروتين بواسطة روابط N- أو O-glycosidic.
على الرغم من أن هذه الكربوهيدرات ليست ضرورية للتحفيز ، إلا أن هناك تقارير تفيد بأن التخلص من هذه المخلفات السكرية أو إزالتها يقلل من الاستقرار الهيكلي للبروتين. قد يكون هذا بسبب قابلية الذوبان ومقاومة البروتياز التي تمنحها هذه "الطبقة" من الكربوهيدرات.
المميزات
في الفطريات والحشرات ، كما تمت مناقشته ، يلعب الجلوكوز أوكسيديز وظيفة دفاعية أساسية ضد الفطريات المسببة للأمراض والبكتيريا من خلال الحفاظ على مصدر ثابت للإجهاد التأكسدي من خلال الإنتاج الدائم لبيروكسيد الهيدروجين.
إن الحديث عن الوظائف العامة الأخرى لإنزيم أوكسيديز الجلوكوز ليس بالأمر السهل ، حيث أن له أدوات خاصة جدًا في الكائنات الحية المختلفة التي تعبر عنه. في النحل ، على سبيل المثال ، يساهم إفرازه من الغدد البلعومية في اللعاب في الحفاظ على العسل.
في الحشرات الأخرى ، اعتمادًا على مرحلة دورة الحياة ، يعمل في تطهير الطعام المبتلع وفي قمع أنظمة الدفاع للنباتات (عندما يتعلق الأمر بالحشرات النباتية ، على سبيل المثال).
بالنسبة للعديد من الفطريات ، يعد هذا إنزيمًا مهمًا لتكوين بيروكسيد الهيدروجين الذي يعزز تحلل اللجنين. في المقابل ، بالنسبة للأنواع الأخرى من الفطريات ، فهو مجرد نظام دفاع مضاد للبكتيريا والفطريات.
وظائف في الصناعة
في المجال الصناعي ، تم استغلال الجلوكوز أوكسيديز بعدة طرق ، من بينها يمكننا تحديد:
- كمادة مضافة أثناء التصنيع الغذائي ، حيث تعمل كمضاد للأكسدة ، كمادة حافظة ومثبتة للمنتجات الغذائية.
- في الحفاظ على مشتقات الألبان حيث يعمل كعامل مضاد للميكروبات.
- يستخدم أثناء إنتاج مسحوق البيض للتخلص من الجلوكوز وإنتاج بيروكسيد الهيدروجين الذي يمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة.
- كما أنه مفيد في إنتاج الخمور منخفضة الكحول. ويرجع ذلك إلى قدرتها على استهلاك الجلوكوز الموجود في العصائر المستخدمة في التخمير.
- حمض الجلوكونيك ، أحد المنتجات الثانوية للتفاعل المحفز بواسطة الجلوكوز أوكسيديز ، يتم استغلاله أيضًا في صباغة المنسوجات وتنظيف الأسطح المعدنية ، كمادة مضافة للغذاء ، كمادة مضافة في المنظفات وحتى في الأدوية ومستحضرات التجميل.
مجسات الجلوكوز
هناك اختبارات مختلفة لتعداد تركيز الجلوكوز في ظل ظروف مختلفة والتي تعتمد على تثبيت إنزيم الجلوكوز أوكسيديز على دعامة محددة.
تم تصميم ثلاثة أنواع من المقايسات في الصناعة التي تستخدم هذا الإنزيم كمستشعر حيوي والاختلافات بينها تتعلق بنظام الكشف عن استهلاك الجلوكوز و / أو الأكسجين أو إنتاج بيروكسيد الهيدروجين.
بالإضافة إلى فائدتها في صناعة الأغذية ، يتم استغلال أجهزة الاستشعار الحيوية للجلوكوز لتحديد كمية الجلوكوز في سوائل الجسم مثل الدم والبول. عادة ما تكون هذه اختبارات روتينية للكشف عن الحالات المرضية والفسيولوجية الأخرى.
المراجع
- Bankar، SB، Bule، M. V، Singhal، RS، & Ananthanarayan، L. (2009). أوكسيديز الجلوكوز - نظرة عامة. تقدم التكنولوجيا الحيوية ، 27 (4) ، 489-501.
- Haouz، A.، Twist، C.، Zentz، C.، Tauc، P.، & Alpert، B. (1998). الخصائص الديناميكية والهيكلية لإنزيم الجلوكوز أوكسيديز. Eur Biophys ، 27 ، 19-25.
- Raba، J.، & Mottola، HA (1995). أوكسيديز الجلوكوز ككاشف تحليلي. مراجعات نقدية في الكيمياء التحليلية ، 25 (1) ، 1–42.
- ويلسون ، ر. ، وتورنر ، أ. (1992). أوكسيديز الجلوكوز: إنزيم مثالي. المستشعرات الحيوية والإلكترونيات الحيوية ، 7 ، 165–185.
- Wong، CM، Wong، KH، & Chen، XD (2008). أوكسيديز الجلوكوز: الوجود الطبيعي والوظيفة والخصائص والتطبيقات الصناعية. أبيل ميكروبيول Biotechnol، 75، 927-938.