グルコースオキシダーゼまた、β-D-グルコースとしても知られている：酸素1-オキシドレダクターゼ、グルコース-1-オキシダーゼ又は単にグルコースオキシダーゼは、グルコースβ-D-産D -グルコノラクトンの酸化を担うオキシドレダクターゼ酵素であり過酸化水素。
1920年代後半に菌類Aspergillus nigerの抽出物で発見されました。その存在は菌類や昆虫で証明されており、過酸化水素の永続的な生成は、その触媒作用により、病原菌や細菌に対する防御に重要な機能を持っています。
酵素グルコースオキシダーゼの構造の概略図（出典Arcdian、Wikimedia Commons経由）
現在、グルコースオキシダーゼは、特にアスペルギルス属およびペニシリウム属から、多くの異なる真菌源から精製されています。他の基質を使用することもできますが、β-D-グルコースの酸化に対して非常に選択的です。
製造コストが低く、安定性に優れているため、産業用および商業用に複数の用途があります。
この意味で、この酵素は、食品製造業界と化粧品、医薬品、臨床診断の両方で、添加剤としてだけでなく、さまざまな溶液や体液のバイオセンサーや分析試薬としても使用されています。
特徴
グルコースオキシダーゼは、分子状酸素を電子受容体として使用して、グルコースからD-グルコノ-δ-ラクトンと過酸化水素を生成する球状フラボタンパク質です。
細胞システムでは、生成された過酸化水素は酵素カタラーゼによって消費され、酸素と水を生成します。次に、一部の生物では、D-グルコノラクトンがグルコン酸に加水分解され、さまざまな機能を実行できます。
これまでに説明されたグルコースオキシダーゼ酵素は、単糖および他のクラスの化合物を酸化することができ、そして以前に議論されたように、それらはD-グルコースのβアノマーに非常に特異的である。
それらは3.5から6.5までの酸性pH範囲で機能し、微生物によっては、この範囲はかなり異なる可能性があります。さらに、真菌のグルコースオキシダーゼは、オルトリン酸に結合する3種類のタンパク質の1つです。
他の生物触媒と同様に、これらの酵素は、銀、銅、水銀イオン、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、フェニルヒドラジン、重硫酸ナトリウムなど、さまざまな分子によって阻害されます。
構造
グルコースオキシダーゼは、2つのジスルフィド橋によって共有結合された同じ遺伝子によってコード化された、それぞれ80 kDaの2つの同一のモノマーを持つ二量体タンパク質であり、そのダイナミズムは酵素の触媒機構に関与しています。
生物によって、ホモ二量体の平均分子量は130から175 kDaの間で異なり、各モノマーには、非共有結合によって、触媒作用の間に電子輸送体として機能する補酵素であるフラビンアデニンヌクレオチド（FAD）が結合します。 。
モノマーの構造
自然界に見られる異なるグルコサスオキシダーゼのモノマーの分析から、それらが2つの異なる領域またはドメインに分割されていることがわかります。1つはFADに結合し、もう1つはグルコースに結合します。
FAD結合ドメインはβフォールドシートで構成されていますが、グルコース結合ドメインは4つのアルファヘリックスで構成されており、複数の逆平行βフォールドシートをサポートしています。
グリコシル化
A. niger酵素を使用して実施された最初の研究では、このタンパク質の新鮮な重量の20％がアミノ糖で構成されており、さらに16〜19％が炭水化物に対応しており、そのうち80％以上がマンノース残基であることが判明しています。 N-またはO-グリコシド結合によりタンパク質に結合。
これらの炭水化物は触媒作用に必須ではありませんが、これらの糖残基の除去または除去がタンパク質の構造安定性を低下させるという報告があります。これは、炭水化物のこの「層」が付与するプロテアーゼへの溶解性と耐性が原因である可能性があります。
特徴
真菌および昆虫では、議論したように、グルコースオキシダーゼは、過酸化水素の永続的な生成を通じて酸化ストレスの一定の発生源を維持することにより、病原性真菌および細菌に対して必須の防御機能を果たします。
グルコースオキシダーゼ酵素の他の一般的な機能について話すことは、それを発現するさまざまな生物において非常に特定の有用性を持っているため、それほど単純ではありません。たとえばミツバチでは、下咽頭腺から唾液への分泌が蜂蜜の保存に寄与しています。
他の昆虫では、ライフサイクルの段階に応じて、摂取した食品の消毒や植物の防御システムの抑制（たとえば、植物食性昆虫の場合）に作用します。
多くの真菌にとって、これはリグニンの分解を促進する過酸化水素の形成のための重要な酵素です。同様に、他の種類の真菌の場合、それは単なる抗菌および抗真菌防御システムです。
業界の機能
工業分野では、グルコースオキシダーゼはさまざまな方法で利用されてきました。
-食品の酸化防止剤、防腐剤、安定剤として機能する食品加工中の添加剤として。
-抗菌剤として機能する乳製品誘導体の保存。
-グルコースの除去と微生物の成長を防ぐ過酸化水素の生産のための卵粉の生産中に使用されます。
-低アルコールワインの製造にも役立ちます。これは、発酵に使用されるジュースに含まれるグルコースを消費する能力によるものです。
-グルコースオキシダーゼによって触媒される反応の二次生成物の1つであるグルコン酸は、繊維の染色、金属表面の洗浄、食品添加物、洗剤の添加物、さらには薬物や化粧品の添加物としても利用されます。
グルコースセンサー
特定の支持体への酵素グルコースオキシダーゼの固定化に基づいて、さまざまな条件下でグルコース濃度を調査するさまざまなテストがあります。
この酵素をバイオセンサーとして使用する3種類のアッセイが業界で設計されており、それらの違いはグルコースおよび/または酸素消費検出システムまたは過酸化水素の生成に関連しています。
食品業界での有用性に加えて、グルコースバイオセンサーは、血液や尿などの体液中のグルコース量を測定するために利用されます。これらは通常、病理学的およびその他の生理学的状態を検出するための日常的なテストです。
参考文献
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