포도당산화효소

Glucose oxidase
포도당산화효소
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페니실리움 아마가사키엔스의 FAD(샐몬)와 글리칸(아쿠아마린)이 복합된 포도당 산화효소 다이머(어두운 푸른색)의 구조.[1]
식별자
EC 번호1.1.3.4
CAS 번호.9001-37-0
데이터베이스
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PDB 구조RCSB PDB PDBe PDBsum
진 온톨로지아미고 / 퀵고

노타틴(EC 번호 1.1.3.4)으로도 알려진 포도당 산화효소(GOx 또는 GOD)는 과산화수소와 D-글루코노 Δ-락톤에 대한 포도당의 산화를 촉진하는 산화효소다. 이 효소는 특정 종의 곰팡이와 곤충에 의해 생성되며 산소와 포도당이 존재할 때 항균작용을 나타낸다.[2]

포도당 산화효소에 의해 촉매된 반응

포도당 산화효소는 체액, 식물성 원료, 식품 산업에서 자유 포도당을 결정하는 데 널리 사용된다. 그것은 또한 바이오테크놀로지, 나노테크놀로지 바이오센서를 포함한 생화학에 대한 효소 측정에도 많은 응용을 가지고 있다.[3][4] 1928년 데틀레프 뮐러에 의해 아스페르길루스 니제르로부터 처음 격리되었다.[5]

함수

여러 종의 곰팡이와 곤충이 포도당 산화효소를 합성하여 과산화수소를 생성하여 박테리아를 죽인다.[2]

노타툼의 항균 배양액에서 추출한 노타틴은 원래 페니실린 A라는 이름이 붙었으나 페니실린과의 혼동을 피하기 위해 이름을 바꾸었다.[6] 노타틴은 P. notatum 외에 다른 곰팡이로부터 추출한 효소인 Pen실린 B와 포도당 산화효소와 동일한 것으로 나타났으며,[7] 현재는 일반적으로 포도당 산화효소로 알려져 있다.[8]

초기 실험에서는 노타틴이 과산화수소 형성으로 인해 (당뇨가 있는 곳에서) 체외 항균 활동을 보이는 것으로 나타났다.[6][9] 체내 실험 결과 노타틴은 설치류를 스트렙토코쿠스 용혈성, 포도상구균 아우레투스 또는 살모넬라균으로부터 보호하는 데 효과적이지 않았으며, 일부 용량에서 심각한 조직 손상을 유발했다.[9]

포도당 산화효소 또한 꿀벌 노동자들의 저선혈선에 의해 생성되어 천연 방부제 역할을 하는 꿀에 침전된다. 꿀 표면의 GOx는 대기 중의2 O를 항균 장벽 역할을 하는 과산화수소(HO22)로 감소시킨다.[10]

구조

아스페르길루스 니제르의 포도당 산화효소 분말.

GOx는 조광성 단백질로, 3D 구조가 해명되었다. 포도당이 묶이는 활성 부위는 깊은 주머니 속에 있다. 이 효소는 세포 밖에서 작용하는 많은 단백질과 마찬가지로 탄수화물 사슬로 덮여 있다.

메커니즘

pH 7에서 포도당은 주기성 헤미아세트 형태로 용액에 존재하며, β-D-글루코피라노스 63.6%, α-D-글루코피라노스 36.4%로 선형 및 후라노스 형태의 비율은 무시할 수 있다. 포도당 산화효소는 특별히 β-D-글루코피라노스에 결합하며 α-D-글루코스에 작용하지 않는다. α와 β 분석기 사이의 평형이 반응에서 소비될 때 β 쪽을 향해 몰리기 때문에 용액 내 모든 포도당을 산화시킨다.[3]

포도당 산화효소는 β-D-글루코스의 D-글루코노-1,5-락톤으로의 산화를 촉진하고, 그 다음 글루코닉산으로 가수분해한다.

촉매로 작용하기 위해서는 GOx에 코엔자임, 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드(FAD)가 필요하다. FAD는 생물학적 산화 방지(redox) 반응에서 흔한 성분이다. 리독스 반응은 분자로부터 전자가 얻거나 잃는 것을 포함한다. GOx-catalized redox 반응에서 FAD는 초기 전자 수용기로 작동하며 FADH로− 감소한다.[11] 그 후 FADH는− 최종 전자 수용체인 분자 산소(O2)에 의해 산화되는데, 이는 감소 가능성이 더 높기 때문에 그렇게 할 수 있다. 그러면2 O는 과산화수소(HO22)로 줄어든다.

적용들

포도당 모니터링

포도당 산화효소는 형성된 HO를22 색상으로 시각화하는 과산화효소 반응과 결합하여 광범위하게 사용되며, 진단을 위해 세라 또는 혈장에서 자유 포도당을 측정하고, 분광측정법 또는 자동화된 절차를 사용하며, 심지어 사용 시점의 신속한 검사를 사용한다.[3][8]

유사한 분석은 발효, 생물작용제, 식물성 원료 및 식품에서 포도당 수치를 모니터링하고 포도당을 제어할 수 있도록 한다.[citation needed] 포도당 산화효소 측정에서 포도당은 우선 포도당 산화효소에 의해 촉매되어 글루콘산염과 과산화수소를 생성한다. 과산화수소는 산화적으로 크로노겐과 결합되어 분광학적으로 측정될 수 있는 색소 화합물을 만든다. 예를 들어 과산화수소와 4개의 아미노안티피렌(4-AAP) 및 페놀과 함께 과산화수소는 505nm로 측정할 수 있는 적색 퀴노에이민 염료를 생성한다. 505 nm에서의 흡광도는 표본 내 포도당 농도에 비례한다.

효소성 포도당 바이오센서는 O 대신2 전극을 사용해 포도당을 산화시키는 데 필요한 전자를 차지하고 포도당 농도에 비례해 전류를 생성한다.[12] 당뇨병 환자가 혈청 포도당 수치를 모니터링하기 위해 사용하는 일회용 포도당 센서 스트립 뒤에 숨겨진 기술이다.[13]

식품보존

제조업에서 GOx는 브롬산염과 같은 산화제를 대체하면서 베이킹에서 더 강한 반죽을 유도하는 산화 효과 덕분에 첨가제로 사용된다.[14] 계란가루 등 포장 시 음식에서 산소와 포도당을 제거해 원치 않는 갈변과 원치 않는 맛을 예방하는 식품 방부제로도 쓰인다.[15]

상처치료

"Flaminal Hydro"와 같은 상처 관리 제품들은 포도당 산화효소를 포함한 알긴산 하이드로겔과 다른 성분들을 산화제로 사용한다.

임상시험

포도당 산화효소와 포도당을 혼합한 백온밸브 기기에서 나오는 비강 스프레이는 2016년 감기 예방과 치료를 위한 임상시험을 거친 바 있다.[16][17][18]

참고 항목

참조

  1. ^ PDB: 1gpe; Goodsell D (May 2006). "Molecule of the Month: Glucose Oxidase". RCSB Protein Data Bank. doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2006_5.
  2. ^ a b Wong CM, Wong KH, Chen XD (Apr 2008). "Glucose oxidase: natural occurrence, function, properties and industrial applications". Applied Microbiology and Biotechnology. 78 (6). doi:10.1007/s00253-008-1407-4. PMID 18330562.
  3. ^ a b c "Glucose Oxidase Technical sheet" (PDF). Interchim.[영구적 데드링크]
  4. ^ Ghoshdastider U, Xu R, Trzaskowski B, Mlynarczyk K, Miszta P, Viswanathan S, Renugopalakrishnan V, Filipek S (2015). "Molecular Effects of Encapsulation of Glucose Oxidase Dimer by Graphene". RSC Advances. 5: 13570–8. doi:10.1039/C4RA16852F.
  5. ^ "Detlev Müller discovers glucose oxidase". Tacomed.com. Archived from the original on 18 April 2018. Retrieved 13 June 2017.{{cite web}}: CS1 maint : 부적합한 URL(링크)
  6. ^ a b Coulthard CE, Michaelis R, Short WF, Sykes G (1945). "Notatin: an anti-bacterial glucose-aerodehydrogenase from Penicillium notatum Westling and Penicillium resticulosum sp. nov". The Biochemical Journal. 39 (1): 24–36. doi:10.1042/bj0390024. PMC 1258144. PMID 16747849.
  7. ^ Keilin D, Hartree EF (Jan 1952). "Specificity of glucose oxidase (notatin)". The Biochemical Journal. 50 (3): 331–41. doi:10.1042/bj0500331. PMC 1197657. PMID 14915954.
  8. ^ a b Raba J, Mottola HA (1995). "Glucose Oxidase as an Analytical Reagent" (PDF). Critical Reviews in Analytical Chemistry. 25 (1): 1–42. doi:10.1080/10408349508050556.
  9. ^ a b Broom WA, Coulthard CE, Gurd MR, Sharpe ME (Dec 1946). "Some pharmacological and chemotherapeutic properties of notatin". British Journal of Pharmacology and Chemotherapy. 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 (Aug 2014). "Honeybee glucose oxidase--its expression in honeybee workers and comparative analyses of its content and H2O2-mediated antibacterial activity in natural honeys". Die Naturwissenschaften. 101 (8). doi:10.1007/s00114-014-1205-z. PMID 24969731.
  11. ^ Sanner, Christoph; et al. (March 1991). "15N‐ and 13C‐NMR investigations of glucose oxidase from Aspergillus niger". European Journal of Biochemistry. 196 (3): 663-672. doi:10.1111/j.1432-1033.1991.tb15863.x.
  12. ^ Blanford CF (Dec 2013). "The birth of protein electrochemistry". Chemical Communications. Royal Society of Chemistry. 49 (95): 11130–11132. doi:10.1039/C3CC46060F. PMID 24153438.
  13. ^ Cass AE, Davis G, Francis GD, Hill HA, Aston WJ, Higgins IJ, Plotkin EV, Scott LD, Turner AP (Apr 1984). "Ferrocene-mediated enzyme electrode for amperometric determination of glucose". Analytical Chemistry. American Chemical Society. 56 (4): 667–671. doi:10.1021/ac00268a018. PMID 6721151.
  14. ^ Wong CM, Wong KH, Chen XD (April 2008). "Glucose oxidase: natural occurrence, function, properties and industrial applications". Applied Microbiology and Biotechnology. 78 (6): 927–38. doi:10.1007/s00253-008-1407-4. PMID 18330562.
  15. ^ Dubey MK, Zehra A, Aamir M, Meena M, Ahirwal L, Singh S, et al. (2017). "Improvement Strategies, Cost Effective Production, and Potential Applications of Fungal Glucose Oxidase (GOD): Current Updates". Frontiers in Microbiology. 8: 1032. doi:10.3389/fmicb.2017.01032. PMC 5468390. PMID 28659876.
  16. ^ ClinicalTrials.gov에서 "포도당 산화효소가 함유된 나트륨 스프레이" 임상시험 번호 NCT01883427
  17. ^ 임상시험 번호 NCT01883440: ClinicalTrials.gov
  18. ^ ClinicalTrials.gov의 "일반 감기 치료로 포도당 산화효소를 사용한 비강 스프레이" 임상 시험 번호 NCT01883453

외부 링크