La enzima glucosa oxidasa ( GOx o GOD ), también conocida como notatina (número CE 1.1.3.4), es una oxidorreductasa que cataliza la oxidación de la glucosa a peróxido de hidrógeno y D-glucono-δ-lactona . Esta enzima es producida por ciertas especies de hongos e insectos y muestra actividad antibacteriana cuando hay oxígeno y glucosa presentes. [2]
La glucosa oxidasa se utiliza ampliamente para la determinación de glucosa libre en fluidos corporales ( pruebas médicas ), en materias primas vegetales y en la industria alimentaria. También tiene muchas aplicaciones en biotecnologías , típicamente ensayos enzimáticos para bioquímica, incluidos biosensores en nanotecnologías . [3] [4] Fue aislada por primera vez por Detlev Müller en 1928 a partir de Aspergillus niger . [5]
Varias especies de hongos e insectos sintetizan glucosa oxidasa, que produce peróxido de hidrógeno, que mata las bacterias. [2]
La notatina , extraída de cultivos antibacterianos de Penicillium notatum , se llamó originalmente penicilina A , pero se le cambió el nombre para evitar confusiones con la penicilina . [6] Se demostró que la notatina es idéntica a la penicilina B y a la glucosa oxidasa, enzimas extraídas de otros mohos además de P. notatum ; [7] ahora se la conoce generalmente como glucosa oxidasa. [8]
Los primeros experimentos demostraron que la notatina exhibe actividad antibacteriana in vitro (en presencia de glucosa) debido a la formación de peróxido de hidrógeno. [6] [9] Las pruebas in vivo demostraron que la notatina no fue eficaz para proteger a los roedores de Streptococcus haemolyticus , Staphylococcus aureus o salmonella , y causó graves daños en los tejidos en algunas dosis. [9]
La glucosa oxidasa también es producida por las glándulas hipofaríngeas de las abejas obreras y depositada en la miel, donde actúa como conservante natural. La GOx en la superficie de la miel reduce el O2 atmosférico a peróxido de hidrógeno (H2O2 ) , que actúa como una barrera antimicrobiana . [10]
La GOx es una proteína dimérica cuya estructura tridimensional ha sido dilucidada. El sitio activo donde se une la glucosa se encuentra en una cavidad profunda. La enzima, como muchas proteínas que actúan fuera de las células, está cubierta de cadenas de carbohidratos . La GOx es una enzima oxidante de glucosa con un peso molecular de 160 kDa. Es una glicoproteína dimérica que consta de dos subunidades de 80 kDa cada una. El dinucleótido de flavinadenina (FAD) en el sitio activo está enterrado aproximadamente a 1,5 nm dentro de la capa de la proteína y actúa como aceptor inicial de electrones. [11]
A pH 7, la glucosa existe en solución en forma de hemiacetal cíclico como 63,6% de β-D-glucopiranosa y 36,4% de α-D-glucopiranosa, siendo insignificante la proporción de forma lineal y furanosa . La glucosa oxidasa se une específicamente a la β-D-glucopiranosa y no actúa sobre la α-D-glucosa. Oxida toda la glucosa en solución porque el equilibrio entre los anómeros α y β se dirige hacia el lado β a medida que se consume en la reacción. [3]
La glucosa oxidasa cataliza la oxidación de β-D-glucosa en D-glucono-1,5-lactona , que luego se hidroliza en ácido glucónico .
Para funcionar como catalizador, GOx requiere una coenzima , flavina adenina dinucleótido (FAD). FAD es un componente común en reacciones biológicas de oxidación-reducción ( redox ). Las reacciones redox implican una ganancia o pérdida de electrones de una molécula. En la reacción redox catalizada por GOx, FAD funciona como el aceptor de electrones inicial y se reduce a FADH − . [12] Luego, FADH − es oxidado por el aceptor de electrones final, el oxígeno molecular (O 2 ), que puede hacerlo porque tiene un potencial de reducción más alto. O 2 luego se reduce a peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ).
La glucosa oxidasa se utiliza ampliamente acoplada a la reacción de peroxidasa que visualiza colorimétricamente el H 2 O 2 formado , para la determinación de glucosa libre en suero o plasma sanguíneo para diagnóstico, utilizando ensayos espectrométricos de forma manual o con procedimientos automatizados, e incluso ensayos rápidos en el punto de uso. [3] [8]
Ensayos similares permiten el monitoreo de los niveles de glucosa en fermentación, biorreactores y para controlar la glucosa en materia prima vegetal y productos alimenticios. [ cita requerida ] En el ensayo de glucosa oxidasa, la glucosa se oxida primero, catalizada por la glucosa oxidasa, para producir gluconato y peróxido de hidrógeno. El peróxido de hidrógeno se acopla luego oxidativamente con un cromógeno para producir un compuesto coloreado que puede medirse espectroscópicamente. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno junto con 4-amino-antipireno (4-AAP) y fenol en presencia de peroxidasa produce un colorante rojo quinoeimina que puede medirse a 505 nm. La absorbancia a 505 nm es proporcional a la concentración de glucosa en la muestra.
Los biosensores enzimáticos de glucosa utilizan un electrodo en lugar de O2 para captar los electrones necesarios para oxidar la glucosa y producir una corriente electrónica proporcional a la concentración de glucosa. [13] Esta es la tecnología detrás de las tiras de sensores de glucosa desechables que usan los diabéticos para controlar los niveles de glucosa sérica. [14]
En la fabricación, el GOx se utiliza como aditivo gracias a sus efectos oxidantes: provoca que la masa sea más fuerte al hornear , reemplazando oxidantes como el bromato. [15] También se utiliza como conservante de alimentos para ayudar a eliminar el oxígeno y la glucosa de los alimentos cuando se envasan, como el huevo en polvo seco, para evitar un dorado no deseado y un sabor no deseado. [16]
Los productos para el cuidado de heridas, como "Flaminal Hydro", utilizan un hidrogel de alginato que contiene glucosa oxidasa y otros componentes como agente de oxidación.
En 2016 se realizaron ensayos clínicos con un aerosol nasal con un dispositivo con bolsa y válvula que mezcla glucosa oxidasa con glucosa para la prevención y el tratamiento del resfriado común . [17] [18] [19]
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