Glukoseoxidase – Wikipedia

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Das Glucoseoxidase Enzym (GOx oder GOTT) auch bekannt als notatin (EG-Nummer 1.1.3.4) ist eine Oxido-Reduktase, die die Oxidation von Glucose zu Wasserstoffperoxid und D-Glucono-δ-lacton katalysiert. Dieses Enzym wird von bestimmten Pilz- und Insektenarten produziert und zeigt antibakterielle Aktivität, wenn Sauerstoff und Glukose vorhanden sind.[2]

Durch Glucoseoxidase katalysierte Reaktion

Glucoseoxidase wird häufig zur Bestimmung von freier Glucose in Körperflüssigkeiten (Diagnostik), in pflanzlichen Rohstoffen und in der Lebensmittelindustrie verwendet. Es hat auch viele Anwendungen in der Biotechnologie, typischerweise Enzymtests für die Biochemie, einschließlich Biosensoren in der Nanotechnologie.[3][4] Es wurde erstmals 1928 von Detlev Müller aus isoliert Aspergillus niger.[5]

Funktion[edit]

Glucoseoxidase wird in verschiedenen Arten von Pilzen und Insekten synthetisiert, wo sie zur Herstellung von Wasserstoffperoxid verwendet wird, das wiederum Bakterien abtötet.[2]

Notatin, extrahiert aus antibakteriellen Kulturen von Penicillium notatumwurde ursprünglich benannt Penicillin A., wurde aber umbenannt, um Verwechslungen mit Penicillin zu vermeiden.[6] Es wurde gezeigt, dass Notatin mit identisch ist Penicillin B. und Glucoseoxidase, Enzyme, die außerdem aus anderen Schimmelpilzen extrahiert wurden P. notatum;;[7] es ist jetzt allgemein als Glucoseoxidase bekannt.[8]

Frühe Experimente zeigten, dass Notatin Exponate aufweist in vitro antibakterielle Aktivität (in Gegenwart von Glucose) aufgrund der Bildung von Wasserstoffperoxid.[6][9]In vivo Tests zeigten, dass Notatin beim Schutz von Nagetieren nicht wirksam war Streptococcus haemolyticus, Staphylococcus aureusoder Salmonellen und verursachte bei einigen Dosen schwere Gewebeschäden.[9]

Glukoseoxidase wird auch von den Hypopharynxdrüsen von Honigbienenarbeitern produziert und in Honig abgelagert, wo sie als natürliches Konservierungsmittel wirkt. GOx an der Oberfläche des Honigs reduziert das atmosphärische O.2 zu Wasserstoffperoxid (H.2Ö2), die als antimikrobielle Barriere wirkt.[10]

Struktur[edit]

Glucoseoxidase-Enzympulver aus Aspergillus niger.

GOx ist ein dimeres Protein, dessen 3D-Struktur aufgeklärt wurde. Das aktive Zentrum, an dem Glukose bindet, befindet sich in einer tiefen Tasche. Das Enzym ist wie viele Proteine, die außerhalb von Zellen wirken, mit Kohlenhydratketten bedeckt.

Mechanismus[edit]

Bei pH 7 liegt Glucose in Lösung in cyclischer Hemiacetalform als 63,6% β-D-Glucopyranose und 36,4% α-D-Glucopyranose vor, wobei der Anteil an linearer und Furanoseform vernachlässigbar ist. Die Glucoseoxidase bindet spezifisch an β-D-Glucopyranose und wirkt nicht auf α-D-Glucose. Es ist in der Lage, die gesamte Glucose in Lösung zu oxidieren, da das Gleichgewicht zwischen den α- und β-Anomeren in Richtung der β-Seite getrieben wird, wenn es in der Reaktion verbraucht wird.[3]

Glucoseoxidase katalysiert die Oxidation von β-D-Glucose zu D-Glucono-1,5-lacton, das dann zu Gluconsäure hydrolysiert.

Um als Katalysator zu wirken, benötigt GOx einen Cofaktor, Flavinadenindinukleotid (FAD). FAD ist eine häufige Komponente bei der biologischen Oxidationsreduktion (Redoxreaktionen). Redoxreaktionen beinhalten einen Gewinn oder Verlust von Elektronen aus einem Molekül. Bei der GOx-katalysierten Redoxreaktion fungiert FAD als anfänglicher Elektronenakzeptor und wird zu FADH reduziert2. Dann FADH2 wird durch den endgültigen Elektronenakzeptor, molekularen Sauerstoff (O), oxidiert2), was dies kann, weil es ein höheres Reduktionspotential hat. Ö2 wird dann zu Wasserstoffperoxid (H) reduziert2Ö2).

Anwendungen[edit]

Glukoseüberwachung[edit]

Glucoseoxidase wird häufig in Verbindung mit einer Peroxidasereaktion verwendet, die das gebildete H kolorimetrisch sichtbar macht2Ö2zur Bestimmung von freier Glucose in Seren oder Blutplasma zur Diagnostik unter Verwendung von spektrometrischen Assays manuell oder mit automatisierten Verfahren und sogar schnellen Assays am Einsatzort.[3][8]

Ähnliche Tests ermöglichen die Überwachung des Glukosespiegels in Fermentation, Bioreaktoren und die Kontrolle von Glukose in pflanzlichen Rohstoffen und Nahrungsmitteln.[citation needed] Im Glucoseoxidase-Assay wird die Glucose zuerst oxidiert, katalysiert durch Glucoseoxidase, um Gluconat und Wasserstoffperoxid zu erzeugen. Das Wasserstoffperoxid wird dann oxidativ mit einem Chromogen gekoppelt, um eine gefärbte Verbindung herzustellen, die spektroskopisch gemessen werden kann. Beispielsweise ergibt Wasserstoffperoxid zusammen mit 4 Aminoantipyren (4-AAP) und Phenol in Gegenwart von Peroxidase einen roten Quinoeiminfarbstoff, der bei 505 nm gemessen werden kann. Die Absorption bei 505 nm ist proportional zur Konzentration von Glucose in der Probe.

Enzymatische Glucose-Biosensoren verwenden eine Elektrode anstelle von O.2 die Elektronen aufzunehmen, die zur Oxidation von Glukose benötigt werden, und einen elektronischen Strom proportional zur Glukosekonzentration zu erzeugen.[11] Dies ist die Technologie hinter den Einweg-Glukosesensorstreifen, die von Diabetikern zur Überwachung des Serumglukosespiegels verwendet werden.[12]

Lebensmittelkonservierung[edit]

In der Herstellung wird GOx aufgrund seiner oxidierenden Wirkung als Additiv verwendet: Es fordert zu einem stärkeren Teig in der Bäckerei auf und ersetzt Oxidationsmittel wie Bromat.[13] Es wird auch als Lebensmittelkonservierungsmittel verwendet, um Sauerstoff und Glukose aus Lebensmitteln zu entfernen, wenn diese verpackt sind, z. B. trockenes Eipulver, um unerwünschte Bräunung und unerwünschten Geschmack zu verhindern.[14]

Wundbehandlung[edit]

Wundversorgungsprodukte wie “Flaminal Hydro” verwenden ein Alginathydrogel, das Glucoseoxidase und andere Komponenten als Oxidationsmittel enthält.

Klinische Versuche[edit]

Ein Nasenspray aus einem Beutel-auf-Ventil-Gerät, das Glukoseoxidase mit Glukose mischt, wurde 2016 in klinischen Studien zur Vorbeugung und Behandlung von Erkältungen getestet.[15][16][17]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ PDB: 1gpe;; Goodsell D (Mai 2006). “Molekül des Monats: Glucoseoxidase”. RCSB-Proteindatenbank. doi:10.2210 / rcsb_pdb / mom_2006_5.
  2. ^ ein b Wong CM, Wong KH, Chen XD (April 2008). “Glucoseoxidase: natürliches Vorkommen, Funktion, Eigenschaften und industrielle Anwendungen”. Angewandte Mikrobiologie und Biotechnologie. 78 (6). doi:10.1007 / s00253-008-1407-4. PMID 18330562.
  3. ^ ein b c “Glucose Oxidase Technical Sheet” (PDF). Interchim.[permanent dead link]
  4. ^ Ghoshdastider U., Xu R., Trzaskowski B., Mlynarczyk K., Miszta P., Viswanathan S., Renugopalakrishnan V., Filipek S. (2015). “Molekulare Effekte der Einkapselung von Glucoseoxidase-Dimer durch Graphen”. RSC-Fortschritte. 5: 13570–8. doi:10.1039 / C4RA16852F.
  5. ^ “Detlev Müller entdeckt Glukoseoxidase”. Tacomed.com. Archiviert von das Original am 18. April 2018. Abgerufen 13. Juni 2017.
  6. ^ ein b Coulthard CE, Michaelis R., Short WF, Sykes G. (1945). “Notatin: eine antibakterielle Glucose-Aerodehydrogenase aus Penicillium notatum Westling und Penicillium resticulosum sp. nov “. The Biochemical Journal. 39 (1): 24–36. doi:10.1042 / bj0390024. PMC 1258144. PMID 16747849.
  7. ^ Keilin D, Hartree EF (Januar 1952). Spezifität der Glucoseoxidase (Notatin). The Biochemical Journal. 50 (3): 331–41. doi:10.1042 / bj0500331. PMC 1197657. PMID 14915954.
  8. ^ ein b J ulio Raba J, Mottola HA (1995). “Glucoseoxidase als analytisches Reagenz” (PDF). Kritische Bewertungen in der analytischen Chemie. 25 (1): 1–42. doi:10.1080 / 10408349508050556.
  9. ^ ein b Besen WA, Coulthard CE, Gurd MR, Sharpe ME (Dezember 1946). “Einige pharmakologische und chemotherapeutische Eigenschaften von Notatin”. Britisches Journal für Pharmakologie und Chemotherapie. 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 (August 2014). “Honigbienen-Glukoseoxidase – ihre Expression bei Honigbienenarbeitern und vergleichende Analysen ihres Gehalts und H.2Ö2-vermittelte antibakterielle Aktivität in natürlichen Honigen “. Die Naturwissenschaften. 101 (8). doi:10.1007 / s00114-014-1205-z. PMID 24969731.
  11. ^ Blanford CF (Dezember 2013). “Die Geburt der Proteinelektrochemie”. Chemische Kommunikation. Royal Society of Chemistry. 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 (April 1984). “Ferrocen-vermittelte Enzymelektrode zur amperometrischen Bestimmung von Glucose”. Analytische Chemie. American Chemical Society. 56 (4): 667–671. doi:10.1021 / ac00268a018. PMID 6721151.
  13. ^ Wong CM, Wong KH, Chen XD (April 2008). “Glucoseoxidase: natürliches Vorkommen, Funktion, Eigenschaften und industrielle Anwendungen”. Angewandte Mikrobiologie und Biotechnologie. 78 (6): 927–38. doi:10.1007 / s00253-008-1407-4. PMID 18330562.
  14. ^ Dubey MK, Zehra A., Aamir M., Meena M., Ahirwal L., Singh S. et al. (2017). “Verbesserungsstrategien, kosteneffektive Produktion und mögliche Anwendungen von Pilzglukoseoxidase (GOD): Aktuelle Aktualisierungen”. Grenzen in der Mikrobiologie. 8: 1032. doi:10.3389 / fmicb.2017.01032. PMC 5468390. PMID 28659876.
  15. ^ Nummer der klinischen Studie NCT01883427 für “Nasenspray mit Glukoseoxidase zur Vorbeugung von Erkältungen bei Vorschulkindern” bei ClinicalTrials.gov
  16. ^ Nummer der klinischen Studie NCT01883440 für “Glucoseoxidase als Behandlung gegen Erkältung” bei ClinicalTrials.gov
  17. ^ Nummer der klinischen Studie NCT01883453 für “Ein Nasenspray mit Glukoseoxidase zur Behandlung von Erkältungen” bei ClinicalTrials.gov

Externe Links[edit]