D‑Fructose‑Dehydrogenase

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Fructose ist ein bekanntes Monosaccharid und ein Isomer der Glucose. In der Natur kommt sie in vielen Früchten, in Honig sowie in einigen Korbblütlern (Compositae) vor. Fructose besitzt eigene, charakteristische Eigenschaften: Ihre natürlich hohe Süßkraft wird von anderen Zuckern nicht erreicht, und Fructose verursacht nach dem Verzehr keine Zahnkaries. Diese Merkmale führen zu einer sehr breiten Verwendung in der industriellen Produktion. Derzeit sind zahlreiche fructosehaltige, unterschiedlich formulierte Lebensmittel am Markt etabliert, z. B. kohlensäurehaltige Getränke, Fruchtsaftgetränke usw.; zudem wird Fructose als Lebensmittelzusatzstoff zunehmend in der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt. In der Herstellung von Lebensmitteln und Getränken zählen Fructose, Glucose, Saccharose und Lactose derzeit zu den vier am häufigsten verwendeten nutritiven Süßungsmitteln. In den vergangenen zwei Jahrzehnten ist der Einsatz von Fructose um 20 % gestiegen. Sie nimmt eine wichtige Marktposition ein. Darüber hinaus wird kristalline Fructose mit hoher Reinheit und guter Stabilität schrittweise entwickelt und in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt. Die Marktnachfrage ist erheblich, und die Anwendungsperspektiven sind breit.

Abbildung 1. Struktur der Fructose.

Merkmale

• Fructose wird hauptsächlich durch Fructokinase in Leber, Niere und Dünndarm zu Fructosemonophosphat katalysiert.
• Im Körper kann Fructose in Glucose umgewandelt oder zu Glykogen synthetisiert werden; Glucose und Glykogen können jedoch nicht umgekehrt zu Fructose rückverwandelt werden.
• Fructose kann das geschwindigkeitsbestimmende Enzym (Phosphofructokinase) der Glykolyse umgehen; in der Leber wird Fructose schneller abgebaut als Glucose.
• Die Intensität des Fructosestoffwechsels hängt von der Fructosekonzentration ab und wird nicht durch Insulin beeinflusst. Aufnahme und Resorption von Fructose führen nicht zu Hypoglykämie.

D‑Fructose‑Dehydrogenase

In der Enzymologie ist Fructose‑5‑Dehydrogenase ein Enzym, das chemische Reaktionen katalysiert.

D‑Fructose + Akzeptor → 5‑Dehydro‑D‑Fructose + reduzierter Akzeptor

Damit sind die beiden Substrate des Enzyms D‑Fructose und der Akzeptor, während die beiden Produkte 5‑Dehydro‑D‑Fructose und der reduzierte Akzeptor sind. Dieses Enzym gehört zur Familie der Oxidoreduktasen, insbesondere zu jenen, die auf die CH‑OH‑Gruppe des Donors unter Beteiligung weiterer Akzeptoren wirken. Der systematische Name dieser Enzymklasse lautet D‑Fructose:Akzeptor‑5‑Oxidoreduktase. Weitere gebräuchliche Bezeichnungen sind Fructose‑5‑Dehydrogenase (Akzeptor), D‑Fructose‑Dehydrogenase und D‑Fructose:(Akzeptor)‑5‑Oxidoreduktase.

Eigenschaften

• Homogenität.

Das Enzym zeigt in Gegenwart von 1 % Triton X‑100 in 20‑fach verdünntem McIlvaine‑Puffer, pH 6,0, einen symmetrischen Sedimentationspeak mit einer scheinbaren Sedimentationskonstante von 5,8 S. Die Gelfiltration zeigt ebenfalls einen symmetrischen Elutionspeak des Proteins, der mit der Enzymaktivität zusammenfällt, wenn die Analyse über eine Sephadex‑G‑200‑Säule (1 × 115 cm) erfolgt, die mit 20‑fach verdünntem Puffer, pH 6,0, der 0,1 % Triton X‑100 und 1 mM 2‑Mercaptoethanol enthält, äquilibriert wurde. Das scheinbare Molekulargewicht betrug in der Gelfiltration 140.000. Zur Abschätzung von Reinheit und Homogenität des Enzyms wird die Verwendung einer konventionellen Polyacrylamid‑Gelelektrophorese nicht empfohlen. Das gereinigte Enzym dissoziiert während der Gelelektrophorese in Untereinheiten und ergibt drei Proteinbanden.

• Absorptionsspektren.

Die gereinigte D‑Fructose‑Dehydrogenase weist ein cytochrom‑c‑ähnliches Absorptionsspektrum auf. In der Enzympräparation ist ein teilweise reduziertes Hämoprotein vorhanden, was darauf hindeutet, dass das Hämoprotein im Vergleich zu Häm c in der Alkoholdehydrogenase von Essigsäurebakterien stärker zur Autoxidation neigt. Für das reduzierte Enzym werden Absorptionsmaxima bei 553–550 nm, 523 nm und 417 nm beobachtet; für das oxidierte Enzym wird ein einzelner Peak bei 409 nm beobachtet.

• Katalytische Eigenschaften.

Die D‑Fructose‑Dehydrogenase kann in vitro in Gegenwart eines der folgenden Farbstoffe als Elektronenakzeptor bestimmt werden: Kaliumferricyanid, Phenazinmethosulfat, Nitroblau‑Tetrazolium oder 2,6‑Dichlorphenolindophenol. NAD, NADP oder Sauerstoff sind als Elektronenakzeptoren vollständig inaktiv. Dieser Befund gilt auch für andere membrangebundene Dehydrogenasen.

Referenz

1. Ameyama M; Adachi O. D-Fructose dehydrogenase from Gluconobacter industrius, membrane-bound. Methods in Enzymology. 1982, 89: 154–159.