The oksidase glukosa , juga dikenal sebagai β-D-glukosa: oksigen 1-oksidoreduktase, glukosa-1-oksidase atau oksidase hanya glukosa adalah enzim oksidoreduktase yang bertanggung jawab untuk oksidasi glukosa β-D-memproduksi D-gluconolactone dan hidrogen peroksida.
Itu ditemukan pada akhir 1920-an dalam ekstrak jamur Aspergillus niger. Keberadaannya telah dibuktikan pada jamur dan serangga, di mana produksi permanen hidrogen peroksida, karena aksi katalitiknya, memiliki fungsi penting dalam pertahanan melawan jamur dan bakteri patogen.
Skema struktur enzim Glukosa Oksidase (Sumber Arcadian, via Wikimedia Commons)
Saat ini, glukosa oksidase telah dimurnikan dari berbagai sumber jamur, terutama dari genera Aspergillus dan Penicillium. Meskipun dapat menggunakan substrat lain, ia cukup selektif untuk oksidasi β-D-glukosa.
Ini memiliki banyak kegunaan dalam konteks industri dan komersial, yang disebabkan oleh biaya produksinya yang rendah dan stabilitas yang tinggi.
Dalam pengertian ini, enzim ini digunakan baik dalam industri produksi makanan dan dalam tata rias, farmasi dan diagnostik klinis, tidak hanya sebagai aditif, tetapi juga sebagai biosensor dan / atau reagen analitik untuk berbagai larutan dan cairan tubuh.
karakteristik
Glukosa oksidase adalah flavoprotein globular yang menggunakan oksigen molekuler sebagai akseptor elektron untuk menghasilkan, dari glukosa, D-glukono-δ-lakton dan hidrogen peroksida.
Dalam sistem seluler, hidrogen peroksida yang dihasilkan dapat dikonsumsi oleh enzim katalase untuk menghasilkan oksigen dan air. Sebaliknya, pada beberapa organisme, D-glukonolakton dihidrolisis menjadi asam glukonat, yang dapat menjalankan fungsi berbeda.
Enzim oksidase glukosa yang dijelaskan sejauh ini mampu mengoksidasi monosakarida dan golongan senyawa lainnya, namun, dan seperti dibahas sebelumnya, enzim tersebut cukup spesifik untuk anomer β dari D-glukosa.
Mereka bekerja dalam kisaran pH asam, dari 3,5 hingga 6,5, dan bergantung pada mikroorganisme, kisaran ini dapat sangat bervariasi. Lebih jauh, oksidase glukosa jamur adalah salah satu dari tiga jenis protein yang terikat pada ortofosfat.
Seperti katalis biologis lainnya, enzim ini dapat dihambat oleh molekul yang berbeda, termasuk ion perak, tembaga dan merkuri, hidrazin dan hidroksilamina, fenilhidrazin, natrium bisulfat, dan lainnya.
Struktur
Glukosa oksidase adalah protein dimer dengan dua monomer identik masing-masing 80 kDa, dikodekan oleh gen yang sama, secara kovalen dihubungkan oleh dua jembatan disulfida dan dinamismenya terlibat dalam mekanisme katalitik enzim.
Bergantung pada organisme, berat molekul rata-rata homodimer bervariasi antara 130 dan 175 kDa dan untuk setiap monomer dilampirkan, melalui ikatan non-kovalen, sebuah flavin adenine nucleotide (FAD), yang merupakan koenzim yang berfungsi sebagai transporter elektron selama katalisis. .
Struktur monomer
Analisis monomer dari berbagai glukosas oksidase yang ditemukan di alam mengungkapkan bahwa mereka terbagi menjadi dua wilayah atau domain yang berbeda: satu yang berikatan dengan FAD dan satu lagi yang berikatan dengan glukosa.
Domain pengikat rumpon terdiri dari lembaran terlipat β, sedangkan domain pengikat glukosa terdiri dari 4 heliks alfa, yang mendukung beberapa lembaran lipat β antiparalel.
Glikosilasi
Studi pertama yang dilakukan dengan menggunakan enzim A. niger menetapkan bahwa protein ini memiliki 20% dari berat segarnya yang terdiri dari gula amino dan 16-19% lainnya sesuai dengan karbohidrat, yang lebih dari 80% adalah residu manosa. melekat pada protein dengan ikatan N- atau O-glikosidik.
Meskipun karbohidrat ini tidak penting untuk katalisis, ada laporan bahwa eliminasi atau penghilangan residu manis ini menurunkan stabilitas struktural protein. Hal ini mungkin karena kelarutan dan resistensi terhadap protease yang diberikan oleh “lapisan” karbohidrat ini.
fitur
Pada jamur dan serangga, sebagaimana dibahas, oksidase glukosa memainkan fungsi pertahanan penting melawan jamur dan bakteri patogen dengan mempertahankan sumber stres oksidatif yang konstan melalui produksi permanen hidrogen peroksida.
Berbicara tentang fungsi umum lain dari enzim oksidase glukosa tidaklah sesederhana itu, karena ia memiliki kegunaan yang sangat khusus dalam berbagai organisme yang mengekspresikannya. Pada lebah, misalnya, sekresi dari kelenjar hipofaring ke dalam air liur berkontribusi pada pengawetan madu.
Pada serangga lain, tergantung pada tahap siklus hidup, ia bekerja dalam desinfeksi makanan yang tertelan dan dalam menekan sistem pertahanan tanaman (misalnya, saat berhubungan dengan serangga fitofag).
Bagi banyak jamur, ini adalah enzim penting untuk pembentukan hidrogen peroksida yang mendorong degradasi lignin. Pada gilirannya, untuk jenis jamur lainnya hanya merupakan sistem pertahanan antibakteri dan antijamur.
Fungsi dalam industri
Dalam bidang industri, oksidase glukosa telah dieksploitasi dengan berbagai cara, di antaranya dapat ditentukan:
- Sebagai aditif selama pengolahan makanan, dimana ia bekerja sebagai antioksidan, pengawet dan penstabil produk makanan.
- Dalam pengawetan turunan susu, di mana ia bekerja sebagai agen antimikroba.
- Digunakan selama produksi bubuk telur untuk menghilangkan glukosa dan produksi hidrogen peroksida yang mencegah pertumbuhan mikroorganisme.
- Ini juga berguna dalam produksi anggur rendah alkohol. Ini karena kemampuannya untuk mengonsumsi glukosa yang ada dalam jus yang digunakan untuk fermentasi.
- Asam glukonat, salah satu produk sekunder dari reaksi yang dikatalisis oleh glukosa oksidase, juga dimanfaatkan untuk pewarnaan tekstil, pembersihan permukaan logam, sebagai bahan tambahan makanan, sebagai aditif dalam deterjen dan bahkan dalam obat-obatan dan kosmetik.
Sensor glukosa
Ada berbagai tes untuk sensus konsentrasi glukosa dalam kondisi berbeda yang didasarkan pada imobilisasi enzim glukosa oksidase pada penyangga tertentu.
Tiga jenis pengujian telah dirancang di industri yang menggunakan enzim ini sebagai biosensor dan perbedaan di antara keduanya terkait dengan sistem deteksi konsumsi glukosa dan / atau oksigen atau produksi hidrogen peroksida.
Selain kegunaannya dalam industri makanan, biosensor glukosa dieksploitasi untuk menentukan jumlah glukosa dalam cairan tubuh seperti darah dan urin. Ini biasanya tes rutin untuk mendeteksi kondisi patologis dan fisiologis lainnya.
Referensi
- Bankar, SB, Bule, M.V, Singhal, RS, & Ananthanarayan, L. (2009). Glukosa oksidase - Gambaran umum. Biotechnology Advances, 27 (4), 489–501.
- Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P., & Alpert, B. (1998). Sifat dinamis dan struktural enzim glukosa oksidase. Eur Biophys, 27, 19-25.
- Raba, J., & Mottola, HA (1995). Glukosa Oksidase sebagai Reagen Analitik. Ulasan Kritis dalam Kimia Analitik, 25 (1), 1–42.
- Wilson, R., & Turner, A. (1992). Glukosa Oksidase: enzim yang ideal. Biosensor & Bioelectronics, 7, 165–185.
- Wong, CM, Wong, KH, & Chen, XD (2008). Glukosa oksidase: kejadian alami, fungsi, sifat dan aplikasi industri. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.