La enzima glucosa oxidasa ( GOx o GOD ) también conocida como notatina (número CE 1.1.3.4) es una oxidorreductasa que cataliza la oxidación de glucosa a peróxido de hidrógeno y D-glucono-δ-lactona . Esta enzima es producida por ciertas especies de hongos e insectos y muestra actividad antibacteriana cuando hay oxígeno y glucosa presentes. [2]
Glucosa oxidasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.1.3.4 | |||||||
No CAS. | 9001-37-0 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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La glucosa oxidasa se utiliza ampliamente para la determinación de glucosa libre en fluidos corporales ( pruebas médicas ), en materia prima vegetal y en la industria alimentaria. También tiene muchas aplicaciones en biotecnologías , típicamente ensayos enzimáticos para bioquímica, incluidos biosensores en nanotecnologías . [3] [4] Fue aislado por primera vez por Detlev Müller en 1928 de Aspergillus niger . [5]
Función
Varias especies de hongos e insectos sintetizan glucosa oxidasa, que produce peróxido de hidrógeno, que mata las bacterias. [2]
La notatina , extraída de cultivos antibacterianos de Penicillium notatum , se denominó originalmente Penicilina A , pero se le cambió el nombre para evitar la confusión con la penicilina . [6] Se demostró que la notatina es idéntica a la penicilina B y la glucosa oxidasa, enzimas extraídas de otros mohos además de P. notatum ; [7] ahora se conoce generalmente como glucosa oxidasa. [8]
Los primeros experimentos mostraron que la notatina exhibe actividad antibacteriana in vitro (en presencia de glucosa) debido a la formación de peróxido de hidrógeno. [6] [9] Las pruebas in vivo mostraron que la notatina no era eficaz para proteger a los roedores de Streptococcus haemolyticus , Staphylococcus aureus o salmonella , y causaba daños graves en los tejidos con algunas dosis. [9]
La glucosa oxidasa también es producida por las glándulas hipofaríngeas de las abejas obreras y se deposita en la miel donde actúa como conservante natural. GOx en la superficie de la miel reduce el O 2 atmosférico a peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ), que actúa como una barrera antimicrobiana . [10]
Estructura
GOx es una proteína dimérica , cuya estructura 3D se ha dilucidado. El sitio activo donde se une la glucosa está en un bolsillo profundo. La enzima, como muchas proteínas que actúan fuera de las células, está cubierta de cadenas de carbohidratos .
Mecanismo
A pH 7, la glucosa existe en solución en forma cíclica de hemiacetal como 63,6% de β-D-glucopiranosa y 36,4% de α-D-glucopiranosa, siendo despreciable la proporción de forma lineal y furanosa . La glucosa oxidasa se une específicamente a la β-D-glucopiranosa y no actúa sobre la α-D-glucosa. Oxida toda la glucosa en solución porque el equilibrio entre los anómeros α y β se dirige hacia el lado β a medida que se consume en la reacción. [3]
La glucosa oxidasa cataliza la oxidación de β-D-glucosa en D-glucono-1,5-lactona , que luego se hidroliza en ácido glucónico .
Para funcionar como catalizador, GOx requiere una coenzima , flavina adenina dinucleótido (FAD). El FAD es un componente común en las reacciones biológicas de oxidación-reducción ( redox ). Las reacciones redox implican una ganancia o pérdida de electrones de una molécula. En la reacción redox catalizada por GOx, FAD funciona como aceptor de electrones inicial y se reduce a FADH - . [11] Luego, el FADH - es oxidado por el aceptor de electrones final, el oxígeno molecular (O 2 ), que puede hacerlo porque tiene un mayor potencial de reducción. A continuación, el O 2 se reduce a peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ).
Aplicaciones
Monitoreo de glucosa
La glucosa oxidasa se usa ampliamente acoplada a la reacción de peroxidasa que visualiza colorimétricamente el H 2 O 2 formado , para la determinación de glucosa libre en suero o plasma sanguíneo para diagnóstico, utilizando ensayos espectrométricos manualmente o con procedimientos automatizados, e incluso en el punto de uso rápido. Ensayos. [3] [8]
Ensayos similares permiten monitorear los niveles de glucosa en fermentación, biorreactores y controlar la glucosa en materias primas vegetales y productos alimenticios. [ cita requerida ] En el ensayo de glucosa oxidasa, la glucosa se oxida primero, catalizada por glucosa oxidasa, para producir gluconato y peróxido de hidrógeno. A continuación, el peróxido de hidrógeno se acopla oxidativamente con un cromógeno para producir un compuesto coloreado que puede medirse espectroscópicamente. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno junto con 4 amino-antipireno (4-AAP) y fenol en presencia de peroxidasa producen un tinte de quinoeimina rojo que se puede medir a 505 nm. La absorbancia a 505 nm es proporcional a la concentración de glucosa en la muestra.
Los biosensores enzimáticos de glucosa utilizan un electrodo en lugar de O 2 para absorber los electrones necesarios para oxidar la glucosa y producir una corriente electrónica en proporción a la concentración de glucosa. [12] Esta es la tecnología detrás de las tiras sensores de glucosa desechables que utilizan los diabéticos para controlar los niveles de glucosa en suero. [13]
Conservación de los alimentos
En la fabricación, GOx se utiliza como aditivo gracias a sus efectos oxidantes: incita a obtener una masa más fuerte en el horneado , reemplazando oxidantes como el bromato. [14] También se utiliza como conservante de alimentos para ayudar a eliminar el oxígeno y la glucosa de los alimentos cuando se envasan, como el huevo en polvo seco, para evitar el dorado no deseado y el sabor no deseado. [15]
Tratamiento de herida
Los productos para el cuidado de heridas, como "Flaminal Hydro", utilizan un hidrogel de alginato que contiene glucosa oxidasa y otros componentes como agente oxidante.
Ensayos clínicos
Un aerosol nasal de un dispositivo de bolsa sobre válvula que mezcla glucosa oxidasa con glucosa se sometió a ensayos clínicos en 2016 para la prevención y el tratamiento del resfriado común . [16] [17] [18]
Ver también
- Oxidorreductasa
- Medidor de glucosa
Referencias
- ^ PDB : 1gpe ; Goodsell D (mayo de 2006). "Molécula del mes: glucosa oxidasa" . Banco de datos de proteínas RCSB . doi : 10.2210 / rcsb_pdb / mom_2006_5 .
- ^ a b Wong CM, Wong KH, Chen XD (abril de 2008). "Glucosa oxidasa: ocurrencia natural, función, propiedades y aplicaciones industriales". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 78 (6). doi : 10.1007 / s00253-008-1407-4 . PMID 18330562 .
- ^ a b c "Ficha técnica de glucosa oxidasa" (PDF) . Interchim .[ enlace muerto permanente ]
- ^ Ghoshdastider U, Xu R, Trzaskowski B, Mlynarczyk K, Miszta P, Viswanathan S, Renugopalakrishnan V, Filipek S (2015). "Efectos moleculares de la encapsulación del dímero de glucosa oxidasa por grafeno". Avances RSC . 5 : 13570–8. doi : 10.1039 / C4RA16852F .
- ^ "Detlev Müller descubre la glucosa oxidasa" . Tacomed.com . Archivado desde el original el 18 de abril de 2018 . Consultado el 13 de junio de 2017 .CS1 maint: URL no apta ( enlace )
- ^ a b Coulthard CE, Michaelis R, Short WF, Sykes G (1945). "Notatin: una glucosa-aerodeshidrogenasa antibacteriana de Penicillium notatum Westling y Penicillium resticulosum sp. Nov " . La revista bioquímica . 39 (1): 24–36. doi : 10.1042 / bj0390024 . PMC 1258144 . PMID 16747849 .
- ^ Keilin D, Hartree EF (enero de 1952). "Especificidad de la glucosa oxidasa (notatina)" . La revista bioquímica . 50 (3): 331–41. doi : 10.1042 / bj0500331 . PMC 1197657 . PMID 14915954 .
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- ^ Número de ensayo clínico NCT01883440 para "Glucosa oxidasa como tratamiento contra el resfriado común" en ClinicalTrials.gov
- ^ Número de ensayo clínico NCT01883453 para "Un aerosol nasal con glucosa oxidasa como tratamiento del resfriado común" en ClinicalTrials.gov
enlaces externos
- "Glucosa oxidasa: una enzima muy utilizada y muy apreciada en los biosensores" en la Universidad de Paisley
- Glucosa + oxidasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .