Glucosa oxidasa

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 la 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.

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. Fue aislado por primera vez por Detlev Müller en 1928 de Aspergillus niger.

Función

Varias especies de hongos e insectos sintetizan glucosa oxidasa, que produce peróxido de hidrógeno, que mata las bacterias.

La Notatina, extraída de cultivos antibacterianos de Penicillium notatum, originalmente se llamaba Penicilina A, pero se le cambió el nombre para evitar confusión con la penicilina. Se demostró que la notatina es idéntica a la penicilina B y a la glucosa oxidasa, enzimas extraídas de otros mohos además del P. notatum; ahora se la conoce generalmente como glucosa oxidasa.

Los primeros experimentos demostraron que la notatina exhibe actividad antibacteriana in vitro (en presencia de glucosa) debido a la formación de peróxido de hidrógeno. Las pruebas in vivo demostraron que la notatina no era eficaz para proteger a los roedores de Streptococcus haemolyticus, Staphylococcus aureus o salmonella, y causaba graves daños en los tejidos en algunos casos. dosis.

La glucosa oxidasa también es producida por las glándulas hipofaríngeas de los trabajadores de la abeja y depositada en la miel donde actúa como preservativo natural. GOx en la superficie de la miel reduce O atmosférico₂ peróxido de hidrógeno (H₂O₂), que actúa como una barrera antimicrobiana.

Estructura

GOx es una proteína dimerica, la estructura 3D de la que se ha elucidado. 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 con cadenas de carbohidratos. GOx es una enzima óxido de glucosa con un peso molecular de 160 kDa. Es una glicoproteína dimerica que consiste en dos subunidades cada una pesando 80 kDa. Flavinadenine dinucleotide (FAD) en el sitio activo es enterrado aproximadamente 1,5 nm dentro de la cáscara de proteínas y actúa como el receptor inicial de electrones.

Mecanismo

A pH 7, la glucosa existe en solución en forma de hemiacetal cíclico como 63,6% de β-D-glucopiranosa y 36,4% de α-D-glucopiranosa, siendo insignificante 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 desplaza hacia el lado β a medida que se consume en la reacción.

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, el dinucleótido de flavina adenina (FAD). FAD es un componente común en 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 actúa como aceptor de electrones inicial y se reduce a FADH^-. Luego, el FADH⁻ es oxidado por el aceptor final de electrones, el oxígeno molecular (O₂), que puede hacerlo porque tiene un mayor potencial de reducción. Luego, el O₂ se reduce a peróxido de hidrógeno (H₂O₂).

Aplicaciones

Monitoreo de glucosa

La glucosa oxidasa se utiliza ampliamente acoplada a la reacción de peroxidasa que visualiza colorimétricamente el H₂O₂ formado, para la determinación de glucosa libre en sueros o plasma sanguíneo para diagnóstico, utilizando ensayos espectrométricos manualmente o con procedimientos automatizados, e incluso ensayos rápidos en el punto de uso.

Ensayos similares permiten monitorear los niveles de glucosa en fermentación, biorreactores y controlar la glucosa en materia prima vegetal y productos alimenticios. En el ensayo de glucosa oxidasa, la glucosa se oxida primero, catalizada por la glucosa oxidasa, para producir gluconato y peróxido de hidrógeno. Luego, 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 aminoantipireno (4-AAP) y fenol en presencia de peroxidasa producen un tinte rojo de quinoeimina 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 O₂ para captar los electrones necesarios para oxidar la glucosa y producir una corriente electrónica en proporción a la concentración de glucosa. Esta es la tecnología detrás de las tiras sensoras de glucosa desechables que utilizan los diabéticos para controlar los niveles de glucosa sérica.

Conservación de alimentos

En la fabricación, GOx se utiliza como un aditivo gracias a sus efectos oxidantes: provoca una mayor masa en el horneado, reemplazando oxidantes como el bromato. También se utiliza como conservante de alimentos para ayudar a eliminar el oxígeno y la glucosa de los alimentos cuando se envasa como el polvo de huevo seco para prevenir el dorado no deseado y el sabor no deseado.

Tratamiento de heridas

Los productos para el cuidado de heridas, como "Flaminal Hydro" hacer uso de un hidrogel de alginato que contiene glucosa oxidasa y otros componentes como agente oxidante.

Ensayos clínicos

Un aerosol nasal de un dispositivo de bolsa con válvula que mezcla glucosa oxidasa con glucosa se sometió a ensayos clínicos en 2016 para la prevención y el tratamiento del resfriado común.