GOTT

Glukoseoxidase (GOD) ist ein wichtiges industrielles Enzym in der Lebensmittelindustrie. Der Systemname der Glukoseoxidase ist β-D-Glukose-Oxidoreduktase (EC1.1.3.4), die weit verbreitet in der Deoxidation von Wein, Bier, Fruchtsäften und Milchpulver, sowie in der Verbesserung von Mehl, der Verhinderung von Bräunung, der schnellen Lebensmittelerkennung und Biosensoren eingesetzt wird. Glukoseoxidase ist in Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen weit verbreitet. Das mikrobielle Wachstum ist die Hauptquelle für die Produktion von Glukoseoxidase aufgrund der schnellen Reproduktion und der breiten Verfügbarkeit von Mikroorganismen. Die Hauptproduktionsstämme für die Herstellung von Glukoseoxidase sind Aspergillus niger und Penicillium.

Struktur

Glukoseoxidase ist ein homodimeres Molekül, das zwei Bindungsstellen für Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) enthält. Jedes Monomer enthält zwei unterschiedliche Regionen: eine, die nicht-kovalent, aber fest an einem Teil des FAD gebunden ist, überwiegend β-Faltblatt; die andere ist an das Substrat β-D-Glukose gebunden und wird von vier α-Helices mit einem antiparallelen β-Faltblatt unterstützt.

Eigenschaften

Hochreine Glukoseoxidase sind hellgelbe Kristalle, die in Wasser löslich und in organischen Lösungsmitteln wie Ether, Chloroform, Butanol, Pyridin, Glycerin und Ethylenglykol unlöslich sind. Die relative Molekülmasse der Glukoseoxidase beträgt etwa 1,5 × 10⁵. Der pH-Bereich liegt zwischen 3,5 und 6,5, der optimale pH-Wert liegt bei etwa 5,0. Der Temperaturbereich liegt allgemein zwischen 30 und 60℃, die optimale Temperatur liegt zwischen 50 und 55℃. Glukoseoxidase bindet mit einem hohen Maß an Spezifität an β-D-Glucopyranose. Die Hydroxylgruppe am C1 der Glukose ist notwendig, damit das Enzym katalysiert, und die Aktivität der Glukoseoxidase ist etwa 160-mal höher, wenn die Hydroxylgruppe an der β-Stelle als an der α-Stelle ist. Die Aktivität der Glukoseoxidase wird erheblich reduziert, wenn Änderungen in der molekularen Struktur der Substratstellen C1, C2, C3, C4, C5, C6 auftreten. Glukoseoxidase ist vollständig inaktiv gegenüber L-Glukose und 2-O-Methyl-D-Glukose.

Katalytischer Mechanismus

Glukoseoxidase kann molekularen Sauerstoff oder atomaren Sauerstoff verbrauchen, um Glukose zu oxidieren und leicht oxidierbare Komponenten in Lebensmitteln zu schützen. Je nach Reaktionsbedingungen gibt es zwei Formen der katalytischen Reaktion der Glukoseoxidase.

(1) In Abwesenheit von Katalase: Glukoseoxidase katalysiert die Oxidation von β-D-Glukose zu D-Glukono-δ-Lacton mit gleichzeitiger Freisetzung von Wasserstoffperoxid.

(2) In Anwesenheit von Katalase: Zuerst katalysiert die Glukoseoxidase die Oxidation von β-D-Glukose zu D-Glukono-δ-Lacton und Wasserstoffperoxid. Katalase katalysiert dann Wasserstoffperoxid, um Wasser und Sauerstoff zu produzieren. Schließlich verbindet sich Wasser mit D-Glukono-δ-Lacton, um Gluconsäure zu produzieren.

(3) In Anwesenheit von Katalase und Ethanol: Zuerst katalysiert die Glukoseoxidase die Oxidation von β-D-Glukose zu D-Glukono-δ-Lacton und Wasserstoffperoxid. Katalase katalysiert dann Wasserstoffperoxid und Ethanol, um Wasser und Acetaldehyd zu produzieren. Schließlich verbindet sich Wasser mit D-Glukono-δ-Lacton, um Gluconsäure zu produzieren.

Produktion

Derzeit wird die industrialisierte Produktion von Glukoseoxidase durch mikrobielle Fermentation hergestellt. Die Mikroorganismen, die Glukoseoxidase produzieren können, sind hauptsächlich Bakterien und Schimmel. UV-Mutagenese und chemische Mutagenese von Produktionsstämmen werden häufig in der Glukoseoxidase-Industrie eingesetzt. Eine einzelne Mutagenesemethode oder eine Kombination mehrerer Methoden kann verwendet werden, um positive Mutantenstämme zu selektieren, um die Enzymproduktionskapazität zu verbessern. Die Fermentation von Aspergillus niger oder Penicillium wird häufig in der industriellen Produktion verwendet, um Glukoseoxidase zu gewinnen. Während der Fermentation von Aspergillus niger und Penicillium werden jedoch häufig andere Hybridproteine wie Katalase produziert, was die Trennung und Reinigung von Glukoseoxidase erschwert. Daher ist der Aufbau eines besseren Stammes durch Gentechnik seit langem das Ziel von Wissenschaftlern in verschiedenen Ländern. Eine große Menge an Glukoseoxidase-Protein kann durch Induktion der Genexpression der Glukoseoxidase gewonnen werden. Da die geringe Menge an endogenem Protein, das von den gentechnisch veränderten Organismen ausgeschieden wird, hauptsächlich das exogene Protein ist, das im Matrix ausgeschieden wird, kann dies die späteren Proteinreinigungsoperationen vereinfachen.

Anwendungen

In der Lebensmittelindustrie wird Glukoseoxidase hauptsächlich in den folgenden fünf Bereichen eingesetzt: Deoxidation, verbesserte Mehle, Glukose, Glukosegehalt und Sterilisation. Darüber hinaus ist Glukoseoxidase ein neuer Typ von Enzymfutterzusatz, der die intestinale Umgebung von Tieren verbessern, die Verdauung der Nahrung regulieren und das Wachstum von Tieren fördern kann. Ein Mischfutterzusatz, der Glukoseoxidase, Laktoperoxidase und Laktoferrin enthält, kann verwendet werden, um gastrointestinalen Infektionen und Durchfall bei Nutztieren vorzubeugen. Da Glukoseoxidase die Produktion von Gluconsäure und Wasserstoffperoxid im intestinalen Glukose katalysieren kann, kann das Wachstum und die Reproduktion von Escherichia coli, Salmonella, Pasteurella, Staphylococcus und Vibrio direkt gehemmt werden, wenn Wasserstoffperoxid eine bestimmte Konzentration erreicht.

Enzympräparate, wie Glukoseoxidase mit Laktoperoxidase (LPO), Amylase, Glucanase, Lysozym, usw., können Zahnbelag, Zahnstein und die Bildung von Karies entfernen oder verringern. Die Stabilität von Arzneimitteln, die Glukoseoxidase enthalten, ist dreimal höher als bei anderen. Präparate, die Glukoseoxidase, Laktoperoxidase und Jodverbindungen enthalten, können zur Mundhygiene verwendet werden, um Mundgeruch zu stoppen. Doppel-Enzym-Kaugummi mit Glukoseoxidase und Laktoperoxidase hat eine antibakterielle Effizienz von 96% bis 99%, wenn es gekaut wird. Glukoseoxidase kann zur gezielten Behandlung von wasserstoffperoxidsensitiven Lymphomen eingesetzt werden. Enzymelektroden können für in vitro quantitative Analysen von Glukose in Serum (Pulp), Urin und Liquor verwendet werden.