Glicose oxidase: características, estrutura, funções

A glucose-oxidase , também conhecido como β-D-glicose: oxigénio 1-oxidorredutase, glicose-1-oxidase ou simplesmente a glucose oxidase está enzima responsável pela oxidação de β-D-glucose uma oxidorredutase produzir gluconolactona e D- peróxido de hidrogênio.

Foi descoberto no final da década de 1920 em extratos do fungo Aspergillus niger . Sua presença foi comprovada em fungos e insetos, onde a produção permanente de peróxido de hidrogênio, devido à sua ação catalítica, tem importantes funções na defesa contra fungos e bactérias patogênicas.

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Diagrama da estrutura da enzima Glucose Oxidase (Arcadian Source, via Wikimedia Commons)

Atualmente, a glicose oxidase foi purificada de várias fontes fúngicas, principalmente dos gêneros Aspergillus e Penicillium . Embora possa usar outros substratos, é bastante seletivo para a oxidação da β-D-glicose.

Possui múltiplas utilidades em contextos industriais e comerciais, devido ao seu baixo custo de produção e grande estabilidade.

Nesse sentido, essa enzima é utilizada tanto na indústria de alimentos quanto em cosmetologia, no diagnóstico farmacêutico e clínico, não apenas como aditivo, mas também como biossensor e / ou reagente analítico de diferentes soluções e fluidos corporais.

Caracteristicas

A glicose oxidase é uma flavoproteína globular que utiliza oxigênio molecular como aceitador de elétrons para produzir, a partir de glicose, D-glucono-δ-lactona e peróxido de hidrogênio.

Em um sistema celular, o peróxido de hidrogênio produzido pode ser consumido pela enzima catalase para produzir oxigênio e água. Por sua vez, em alguns organismos, a D-gluconolactona é hidrolisada em ácido glucônico, que pode desempenhar diferentes funções.

As enzimas glicose oxidases descritas até agora são capazes de oxidar monossacarídeos e outras classes de compostos, no entanto, e como discutido anteriormente, são bastante específicas para o anômero β da D-glicose.

Eles trabalham em faixas de pH ácido, de 3,5 a 6,5 ​​e, dependendo do microorganismo, essa faixa pode variar consideravelmente. Além disso, a glicose oxidase fúngica é um dos três tipos de proteínas ligadas aos ortofosfatos.

Como outros catalisadores biológicos, essas enzimas podem ser inibidas por diferentes moléculas, incluindo íons prata, cobre e mercúrio, hidrazina e hidroxilamina, fenil-hidrazina, bissulfato de sódio, entre outras.

Estrutura

A glicose oxidase é uma proteína dimérica com dois monômeros idênticos de 80 kDa cada, codificados pelo mesmo gene, covalentemente ligados por duas pontes dissulfeto e cujo dinamismo está envolvido no mecanismo catalítico da enzima.

Dependendo do organismo, o peso molecular médio do homodímero varia entre 130 e 175 kDa e um nucleotídeo de flavina adenina (FAD) é anexado a cada monômero, que é uma coenzima que funciona como transportador de elétrons durante a catálise. .

Estrutura do monômero

A análise dos monômeros das diferentes glicoses oxidases encontradas na natureza revela que estas são divididas em duas regiões ou domínios distintos: um que se liga ao FAD e outro que se liga à glicose.

O domínio de ligação ao FAD é composto por folhas dobradas em β, enquanto o domínio de ligação à glicose consiste em 4 hélices alfa, que suportam várias folhas dobradas em β antiparalelas.

Glicosilação

Os primeiros estudos realizados a partir da enzima A. niger estabelecem que esta proteína possui 20% de seu peso fresco composto de amino-açúcares e que outros 16-19% correspondem a carboidratos, dos quais mais de 80% são resíduos de manose ligado à proteína por ligações N- ou O- glicosídicas.

Embora esses carboidratos não sejam essenciais para a catálise, há relatos que indicam que a eliminação ou remoção desses resíduos açucarados diminui a estabilidade estrutural da proteína. Isso pode ser devido à solubilidade e resistência às proteases que essa “camada” de carboidratos fornece.

Funções

Em fungos e insetos, como observado, a glicose oxidase desempenha uma função de defesa essencial contra fungos e bactérias patogênicas, mantendo uma fonte constante de estresse oxidativo através da produção permanente de peróxido de hidrogênio.

Falar sobre outras funções gerais da enzima glicose oxidase não é tão simples, pois possui utilidades muito particulares nos diferentes organismos que a expressam. Nas abelhas, por exemplo, sua secreção das glândulas hipofaríngeas para a saliva contribui para a preservação do mel.

Em outros insetos, dependendo da fase do ciclo de vida, atua na desinfecção de alimentos ingeridos e na supressão de sistemas de defesa de plantas (quando se trata de insetos fitófagos, por exemplo).

Para muitos fungos, esta é uma enzima crucial para a formação de peróxido de hidrogênio que promove a degradação da lignina. Por sua vez, para outro tipo de fungo, é apenas um sistema de defesa antibacteriano e antifúngico.

Funções na indústria

No campo industrial, a glicose oxidase tem sido explorada de várias maneiras, entre as quais você pode especificar:

– Como aditivo durante o processamento de alimentos, onde atua como antioxidante, conservante e estabilizador de produtos alimentícios.

– Na preservação de laticínios, onde atua como agente antimicrobiano.

– É usado durante a produção de ovo em pó para a eliminação de glicose e produção de peróxido de hidrogênio que impede o crescimento de microrganismos.

– Também tem utilidade na produção de vinhos com baixo teor alcoólico. Isto é devido à sua capacidade de consumir a glicose presente nos sucos utilizados na fermentação .

– O ácido glucônico, um dos produtos secundários da reação catalisada pela glicose oxidase, também é explorado para manchas têxteis, limpeza de superfícies metálicas, como aditivo alimentar, como aditivo em detergentes e até em medicamentos e cosméticos.

Sensores de glicose

Existem vários testes para censurar a concentração de glicose em diferentes condições, baseadas na imobilização da enzima glicose oxidase em um determinado suporte.

Três tipos de testes foram projetados na indústria que usam essa enzima como biossensor e as diferenças entre elas estão relacionadas ao sistema de detecção de glicose e / ou consumo de oxigênio ou à produção de peróxido de hidrogênio.

Além de sua utilidade na indústria de alimentos, os biossensores de glicose são explorados para determinar a quantidade de glicose nos fluidos corporais, como sangue e urina. Geralmente, são estudos de rotina para a detecção de condições patológicas e outras condições fisiológicas.

Referências

  1. Bankar, SB, Bule, M.V., Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Glicose oxidase – Uma visão geral. Biotechnology Advances , 27 (4), 489–501.
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  3. Raba, J. & Mottola, HA (1995). Oxidase de glicose como reagente analítico. Revisões críticas em química analítica , 25 (1), 1–42.
  4. Wilson, R. & Turner, A. (1992). Glicose Oxidase: uma enzima ideal. Biosensores e Bioeletrônica , 7 , 165-185.
  5. Wong, CM, Wong, KH e Chen, XD (2008). Glicose oxidase: ocorrência natural, função, propriedades e aplicações industriais. Appl Microbiol Biotechnol , 75 , 927-938.

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