葡萄糖氧化酶( glucose oxidase, E.C.1.1.3.4,
GOD),系統名稱為 β-D-葡萄糖氧化還原酶 ( EC1.1.3.4),套用廣泛, 其套用潛力一直為國內外眾多的研究者所關注, 越來越多的被用於食品工業、紡織漂染等行業,在生物燃料、葡萄糖生物感測器等新興領域也有廣泛的套用。
GOD在有氧條件下能專一性地催化
β-
D-葡糖生成葡萄糖酸和過氧化氫(圖1)人們習慣將需氧脫氫酶也稱為
氧化酶,如
胺氧化酶、
黃嘌呤氧化酶等。GOD廣泛分布於動植物和微生物體內。由於微生物生長繁殖快、來源廣,是生產GOD的主要來源,主要生產菌株為
黑麴黴和
青黴。GOD的套用領域不斷拓展,國內外市場需求量急劇增加。產量低、酶活低、檢測方法複雜是GOD產業化的限制性因素,國內外為此做了大量工作並取得了明顯進展。
1 GOD的抗氧化作用機制
GOD能消耗分子氧或原子氧氧化
葡萄糖,保護食品中的易氧化成分。按反應條件GOD催化反應有3種形
式:
( 1)沒有過氧化氫酶存在時,每氧化1 mol葡萄糖消耗1 mol氧:
C6H12O6+O2→C6H12O7+H2O2 ;
β-D-葡萄糖+ O2→β-D-葡糖內酯+ H2O2 ;
( 2)有過氧化氫酶存在時,每氧化1 mol葡萄糖消耗1/2 mol氧:
C
6H
12O
6+
O
2→C
6H
12O
7+H
2O
2 ;
( 3)有乙醇及過氧化氫酶存在時,過氧化氫酶可用於乙醇的氧化,每氧化1 mol葡萄糖消耗1 mol氧:
C6H12O6+ C2H5OH+O2→C6H12O7+ CH3CHO +H2O2 。
此外, GOD對β-D-葡萄糖表現出強烈的特異性,葡萄糖分子C(1)上的羥基對酶的催化活性至關重要,且羥基處於β位時的活性要比在α位時高約160倍。底物C(2), C(3), C(4),C(5), C(6)結構的改變也會大大影響其酶活性,但酶活性仍有部分保留。葡萄糖氧化酶對L-葡萄糖和2-O-甲基-D-葡糖則完全沒有活性。
2 GOD的結構和酶學性質
2.1 酶的結構
GOD是同型二聚體分子,含有2個黃素腺嘌呤二核苷酸( FAD)結合位點。每個單體含有2個完全不同的區域:一個與部分FAD非共價但緊密結合,主要為β摺疊;另一個與底物β-D-葡萄糖結合,由4個α-螺旋支撐1個反平行的β摺疊。
2.2 酶學性質
高純度GOD為淡黃色晶體,易溶於水,可製成液體製劑。 GOD完全不溶於乙醚、氯仿、丁醇、吡啶、甘油、乙二醇等有機溶劑。 GOD相對分子質量一般在1.5×10左右,每分子酶含2分子FAD。 pH作用範圍3.5~6.5,最適pH 5.0左右,在沒有保護劑存在的條件下pH >8.0或pH <3.0時會迅速失活。GOD的作用溫度範圍一般為30~60 ℃。固體酶製劑在0 ℃下至少可保存2年,-15 ℃下可保存8年。