Ascorbatoxidase ist ein kupferhaltiges Enzym, das in Melonen, Samen, Getreide sowie in Obst und Gemüse vorkommt. Sie kann Ascorbinsäure oxidieren und dabei Wasser und Dehydroascorbinsäure bilden. Im Vergleich zur nicht-enzymatischen Oxidation führt die Ascorbinsäureoxidase zur Bildung von Wasser, während bei der nicht-enzymatischen Oxidation Wasserstoffperoxid entsteht.

Abbildung 1. Ascorbatoxidase-Dimer.

Einführung

Ascorbatoxidase ist ein kupferhaltiges Enzym, das im Zytoplasma lokalisiert oder an die Zellwand gebunden ist und als terminale Oxidase in Kopplung mit weiteren Redoxreaktionen wirkt. Sie katalysiert die Oxidation von Ascorbinsäure und wird mit Anti-Aging-Effekten in Verbindung gebracht. Sie spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel. Unter der Katalyse dieses Enzyms kann molekularer Sauerstoff Ascorbinsäure zu Dehydroascorbinsäure oxidieren; diese liegt im Zytosol und in der Zellwand vor, und das Enzym enthält Kupfer. Pyruvat, Isocitrat, α‑Ketoglutarat, Malat, Glukose sowie 6‑Phosphorsäure können unter der Wirkung von Dehydrogenasen H‑Protonen abspalten, diese auf Coenzyme übertragen und anschließend über Glutathion an Ascorbinsäure weitergeben. Ascorbinsäure wird durch die Wirkung der Ascorbatoxidase oxidiert und inaktiviert; H‑Protonen verbinden sich mit Sauerstoff zu Wasser.

Faktoren, die die Aktivität der Ascorbatoxidase beeinflussen

1. Temperatur

Studien zeigen, dass Ascorbatoxidase bei Temperaturen unter 45 °C zwei Aktivitätsmaxima und bei Temperaturen über 50 °C ein Aktivitätsmaximum aufweist. Bei Temperaturen unter 50 °C hält die Enzymaktivität über einen längeren Zeitraum an (bis zu 40 Minuten); mit steigender Temperatur tritt das Aktivitätsmaximum früher ein. Bei Temperaturen über 55 °C ist die Dauer der Enzymaktivität sehr kurz, bei 60 °C nur etwa 20 Minuten.

2. pH-Wert

Die Aktivität der Ascorbatoxidase wird stark vom pH-Wert beeinflusst. Studien zeigen, dass Ascorbatoxidase im pH-Bereich von 5–7 eine höhere Aktivität aufweist; die höchste Aktivität liegt bei pH 5 und kann 1,06 Aktivitätseinheiten erreichen. Mit zunehmendem pH-Wert nimmt die Aktivität ab, wobei der Rückgang bei höheren pH-Werten stärker ausgeprägt ist. Bei pH 9 beträgt die Aktivität nur noch 0,35 Aktivitätseinheiten. Daraus ergibt sich, dass der optimale pH-Wert für die Wirkung der Ascorbatoxidase bei 5 liegt.

3. Lichtintensität und Stickstoffform

Unter unterschiedlichen Licht- und Stickstoffbehandlungen beim Tomatenanbau wurde festgestellt, dass das Wachstum von Pflanzen, die mit Ammoniumstickstoff versorgt wurden, bei höheren Lichtintensitäten gehemmt war, der Chlorophyllgehalt bezogen auf die Frischblattmasse signifikant abnahm und die Ascorbatoxidase-Aktivität signifikant höher war als bei Pflanzen mit Nitratstickstoff. Unter Bedingungen geringer Lichtintensität zeigte sich hingegen kein signifikanter Unterschied zwischen den Stickstoffformen. Während des Tabakwachstums wurden unter verschiedenen Behandlungen mit Nitrat- und Ammoniumstickstoff ähnliche Ergebnisse erzielt: Mit zunehmender Ammoniumstickstoffgabe stieg der Ascorbinsäuregehalt, was auf eine geringe Ascorbatoxidase-Aktivität hinweist.

4. Niedrige Temperatur, Ozon und Unterdruck

Niedrige Temperaturen können die Enzymaktivität auf einem niedrigen Niveau halten und die Atmungsrate von Früchten reduzieren; O₃ hemmt die Aktivität der Ascorbatoxidase. Tests zeigen, dass im Konzentrationsbereich von 0 bis 500 mg/m³ die Hemmwirkung mit steigender O₃-Konzentration zunimmt. O₃ trägt zur Aufrechterhaltung des Ascorbinsäuregehalts bei. Der Gesamtrend im Bereich von 0 bis 500 mg/m³ zeigt: Je höher die O₃-Konzentration, desto höher der Ascorbinsäuregehalt. Unterdruck hat signifikante Effekte hinsichtlich der Hemmung der Ascorbatoxidase-Aktivität sowie der Erhaltung der Fruchtfestigkeit und des Ascorbinsäuregehalts. Der Grund könnte darin liegen, dass Unterdruck das Enzym in einen gequollenen Zustand versetzt, wodurch die Bindung an das Substrat behindert wird. Bei der Lagerung von Winterjujube wurden zwei Verfahren angewendet: Kaltlagerung sowie feuchte Kaltlagerung. Die feuchte Kaltlagerung konnte den Vitamin‑C‑Gehalt und die Ascorbatoxidase-Aktivität der Winterjujube hemmen und die Lagerstabilität der Winterjujube verbessern.

Referenz

1. Boyer PD.; et al. The Enzymes. 8 (2nd ed.). New York: Academic Press. 1963, 297-311.