GLUCOSE OXYDASE: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE, FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

La glucose oxydase, également connue sous le nom de β-D-glucose: oxygène 1-oxydoréductase, glucose-1-oxydase ou simplement glucose oxydase est une enzyme oxydoréductase responsable de l'oxydation de la D-gluconolactone produisant de la β-D glucose et du peroxyde d'hydrogène.

Il a été découvert à la fin des années 1920 dans des extraits du champignon Aspergillus niger. Sa présence a été prouvée chez les champignons et les insectes, où la production permanente de peroxyde d'hydrogène, en raison de son action catalytique, a des fonctions importantes de défense contre les champignons et bactéries pathogènes.

Schéma de la structure de l'enzyme Glucose Oxidase (Source Arcadian, via Wikimedia Commons)

Actuellement, la glucose oxydase a été purifiée à partir de nombreuses sources fongiques différentes, en particulier des genres Aspergillus et Penicillium. Bien qu'il puisse utiliser d'autres substrats, il est assez sélectif pour l'oxydation du β-D-glucose.

Il a de multiples utilisations dans des contextes industriels et commerciaux, ce qui est dû à son faible coût de production et à sa grande stabilité.

En ce sens, cette enzyme est utilisée à la fois dans l'industrie de la production alimentaire et en cosmétologie, en pharmacie et en diagnostic clinique, non seulement comme additif, mais comme biocapteur et / ou réactif analytique pour différentes solutions et fluides corporels.

caractéristiques

La glucose oxydase est une flavoprotéine globulaire qui utilise l'oxygène moléculaire comme accepteur d'électrons pour produire, à partir du glucose, de la D-glucono-δ-lactone et du peroxyde d'hydrogène.

Dans un système cellulaire, le peroxyde d'hydrogène produit peut être consommé par l'enzyme catalase pour produire de l'oxygène et de l'eau. À son tour, dans certains organismes, la D-gluconolactone est hydrolysée en acide gluconique, qui peut remplir différentes fonctions.

Les enzymes de glucose oxydase décrites jusqu'à présent sont capables d'oxyder des monosaccharides et d'autres classes de composés, cependant, et comme discuté précédemment, elles sont tout à fait spécifiques de l'anomère ß du D-glucose.

Ils fonctionnent dans des plages de pH acides, de 3,5 à 6,5, et en fonction du micro-organisme, cette plage peut varier considérablement. De plus, les glucose oxydases fongiques sont l'un des trois types de protéines liées aux orthophosphates.

Comme d'autres catalyseurs biologiques, ces enzymes peuvent être inhibées par différentes molécules, notamment les ions argent, cuivre et mercure, l'hydrazine et l'hydroxylamine, la phénylhydrazine, le bisulfate de sodium, entre autres.

Structure

La glucose oxydase est une protéine dimère à deux monomères identiques de 80 kDa chacun, codés par le même gène, liés de manière covalente par deux ponts disulfure et dont le dynamisme est impliqué dans le mécanisme catalytique de l'enzyme.

Selon l'organisme, le poids moléculaire moyen de l'homodimère varie entre 130 et 175 kDa et à chaque monomère est attaché, par une liaison non covalente, un nucléotide flavine adénine (FAD), qui est une coenzyme qui fonctionne comme un transporteur d'électrons lors de la catalyse..

Structure des monomères

L'analyse des monomères de différentes glucosas oxydases trouvées dans la nature révèle qu'ils sont divisés en deux régions ou domaines différents: l'un qui se lie au FAD et l'autre qui se lie au glucose.

Le domaine de liaison FAD est composé de feuilles pliées en β, tandis que le domaine de liaison au glucose se compose de 4 hélices alpha, qui supportent plusieurs feuilles pliées en β antiparallèles.

Glycosylation

Les premières études réalisées à l'aide de l'enzyme A. niger établissent que cette protéine a 20% de son poids frais composé de sucres aminés et que 16 à 19% supplémentaires correspondent à des glucides, dont plus de 80% sont des résidus de mannose attaché à la protéine par des liaisons N- ou O-glycosidiques.

Bien que ces glucides ne soient pas essentiels pour la catalyse, il existe des rapports selon lesquels l'élimination ou l'élimination de ces résidus sucrés diminue la stabilité structurelle de la protéine. Cela peut être dû à la solubilité et à la résistance aux protéases que lui confère cette «couche» de glucides.

Caractéristiques

Chez les champignons et les insectes, comme discuté, la glucose oxydase joue une fonction de défense essentielle contre les champignons et bactéries pathogènes en maintenant une source constante de stress oxydatif grâce à la production permanente de peroxyde d'hydrogène.

Parler d'autres fonctions générales de l'enzyme glucose oxydase n'est pas si simple, car il a des utilités très particulières dans les différents organismes qui l'expriment. Chez les abeilles, par exemple, sa sécrétion des glandes hypopharyngées dans la salive contribue à la préservation du miel.

Chez d'autres insectes, en fonction du stade du cycle de vie, il intervient dans la désinfection des aliments ingérés et dans la suppression des systèmes de défense des plantes (lorsqu'il s'agit d'insectes phytophages par exemple).

Pour de nombreux champignons, il s'agit d'une enzyme cruciale pour la formation de peroxyde d'hydrogène qui favorise la dégradation de la lignine. À son tour, pour d'autres types de champignons, il s'agit simplement d'un système de défense antibactérien et antifongique.

Fonctions dans l'industrie

Dans le domaine industriel, la glucose oxydase a été exploitée de plusieurs manières, parmi lesquelles on peut préciser:

- En tant qu'additif lors de la transformation des aliments, où il agit comme antioxydant, conservateur et stabilisant des produits alimentaires.

- Dans la conservation des dérivés laitiers, où il agit comme agent antimicrobien.

- Il est utilisé lors de la production de poudre d'oeuf pour l'élimination du glucose et la production de peroxyde d'hydrogène qui empêche la croissance des micro-organismes.

- Il est également utile dans la production de vins à faible teneur en alcool. Cela est dû à sa capacité à consommer le glucose présent dans les jus utilisés pour la fermentation.

- L'acide gluconique, l'un des produits secondaires de la réaction catalysée par la glucose oxydase, est également exploité pour la teinture des textiles, le nettoyage des surfaces métalliques, comme additif alimentaire, comme additif dans les détergents et même dans les médicaments et les cosmétiques.

Capteurs de glucose

Il existe différents tests pour recenser la concentration de glucose dans différentes conditions qui reposent sur l'immobilisation de l'enzyme glucose oxydase sur un support spécifique.

Trois types de dosages ont été conçus dans l'industrie qui utilisent cette enzyme comme biocapteur et les différences entre eux sont relatives au système de détection de consommation de glucose et / ou d'oxygène ou à la production de peroxyde d'hydrogène.

En plus de leur utilité dans l'industrie alimentaire, les biocapteurs de glucose sont exploités pour déterminer la quantité de glucose dans les fluides corporels tels que le sang et l'urine. Ce sont généralement des tests de routine pour la détection de conditions pathologiques et autres conditions physiologiques.

Références

1. Bankar, SB, Bule, M. V, Singhal, RS et Ananthanarayan, L. (2009). Glucose oxydase - Un aperçu. Biotechnology Advances, 27 (4), 489–501.
2. Haouz, A., Twist, C., Zentz, C., Tauc, P. et Alpert, B. (1998). Propriétés dynamiques et structurelles de l'enzyme glucose oxydase. Eur Biophys, 27, 19–25.
3. Raba, J. et Mottola, HA (1995). Glucose oxydase comme réactif analytique. Revues critiques en chimie analytique, 25 (1), 1–42.
4. Wilson, R. et Turner, A. (1992). Glucose oxydase: une enzyme idéale. Biosensors & Bioelectronics, 7, 165–185.
5. Wong, CM, Wong, KH et Chen, XD (2008). Glucose oxydase: occurrence naturelle, fonction, propriétés et applications industrielles. Appl Microbiol Biotechnol, 75, 927-938.