神

グルコースオキシダーゼ（GOD）は、食品産業において重要な工業酵素です。グルコースオキシダーゼの系統名はβ-D-グルコースオキシレダクターゼ（EC1.1.3.4）で、ワイン、ビール、果汁、乳粉の脱酸素化、さらには小麦粉の改良、褐変防止、食品の迅速検出およびバイオセンサーに広く使用されています。グルコースオキシダーゼは動物、植物、微生物に広く分布しています。微生物の成長は、繁殖が早く、微生物の供給源が広いため、グルコースオキシダーゼ生産の主な源です。グルコースオキシダーゼの主な生産株はアスペルギルス・ニガーとペニシリウムです。

構造

グルコースオキシダーゼは、フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）の2つの結合部位を含むホモ二量体分子です。各モノマーは2つの異なる領域を含んでいます：1つは非共有結合的にしかししっかりとFADの一部に結合しており、主にβシートで構成されています；もう1つは基質であるβ-D-グルコースに結合し、4つのαヘリックスと反平行のβシートによって支持されています。

特性

高純度のグルコースオキシダーゼは淡黄色の結晶で、水に溶解し、エーテル、クロロホルム、ブタノール、ピリジン、グリセロール、エチレングリコールなどの有機溶媒には不溶です。グルコースオキシダーゼの相対分子量は約1.5 × 10⁵です。pH範囲は3.5から6.5で、最適pHは約5.0です。温度範囲は一般的に30から60℃で、最適温度は50から55℃です。グルコースオキシダーゼはβ-D-グルコピラノースに対して高い特異性を持って結合します。グルコースのC1のヒドロキシル基は酵素が触媒するために必要であり、β部位のヒドロキシル基がα部位よりも約160倍高い活性を持っています。基質のC1、C2、C3、C4、C5、C6部位の分子構造に変化が生じると、グルコースオキシダーゼの活性は大幅に低下します。グルコースオキシダーゼはL-グルコースおよび2-O-メチル-D-グルコースに対して完全に不活性です。

触媒メカニズム

グルコースオキシダーゼは分子酸素または原子酸素を消費してグルコースを酸化し、食品中の酸化しやすい成分を保護します。反応条件に応じて、グルコースオキシダーゼの触媒反応には2つの形態があります。

(1) カタラーゼが存在しない場合：グルコースオキシダーゼはβ-D-グルコースをD-グルコノ-δ-ラクトンに酸化し、同時に過酸化水素を放出します。

(2) カタラーゼが存在する場合：まず、グルコースオキシダーゼはβ-D-グルコースをD-グルコノ-δ-ラクトンと過酸化水素に酸化します。次に、カタラーゼが過酸化水素を触媒して水と酸素を生成します。最後に、水がD-グルコノ-δ-ラクトンと結合してグルコン酸を生成します。

(3) カタラーゼとエタノールが存在する場合：まず、グルコースオキシダーゼはβ-D-グルコースをD-グルコノ-δ-ラクトンと過酸化水素に酸化します。次に、カタラーゼが過酸化水素とエタノールを触媒して水とアセトアルデヒドを生成します。最後に、水がD-グルコノ-δ-ラクトンと結合してグルコン酸を生成します。

生産

現在、工業化されたグルコースオキシダーゼの生産は微生物発酵によって行われています。グルコースオキシダーゼを生産できる微生物は主に細菌とカビです。生産株のUV突然変異および化学的突然変異は、グルコースオキシダーゼ産業で一般的に使用されています。単一の突然変異法または複数の方法の組み合わせを使用して、酵素生産能力を向上させるための陽性変異株をスクリーニングすることができます。アスペルギルス・ニガーまたはペニシリウムの発酵は、グルコースオキシダーゼを得るために工業生産で一般的に使用されます。しかし、アスペルギルス・ニガーとペニシリウムの発酵中には、カタラーゼなどの他のハイブリッドタンパク質が通常生成されるため、グルコースオキシダーゼの分離と精製が困難になります。したがって、遺伝子工学を使用してより良い株を構築することは、各国の科学者の長年の焦点となっています。グルコースオキシダーゼ遺伝子発現を誘導することにより、大量のグルコースオキシダーゼタンパク質を得ることができます。遺伝子工学によって分泌される内因性タンパク質の量が少ないため、主にマトリックス内に分泌される外因性タンパク質があり、後のタンパク質精製操作を簡素化できます。

応用

食品産業において、グルコースオキシダーゼは主に以下の5つの分野で使用されます：脱酸素化、小麦粉の改良、グルコース、グルコース含量、滅菌。また、グルコースオキシダーゼは新しいタイプの酵素飼料添加物であり、動物の腸内環境を改善し、食事の消化を調整し、動物の成長を促進します。グルコースオキシダーゼ、過酸化乳酸、ラクトフェリンを含む混合飼料添加物は、家畜の胃腸感染症や下痢を防ぐために使用できます。グルコースオキシダーゼは腸内のグルコース中でグルコン酸と過酸化水素の生成を触媒できるため、過酸化水素が一定の濃度に蓄積すると、大腸菌、サルモネラ、パスツレラ、ブドウ球菌、ビブリオの成長と繁殖を直接抑制できます。

グルコースオキシダーゼとラクトペルオキシダーゼ（LPO）、アミログルコシダーゼ、グルカナーゼ、リゾチームなどの酵素製剤は、歯垢、歯石、虫歯の形成を除去または軽減できます。グルコースオキシダーゼを含む薬剤の安定性は他のものの3倍に増加しました。グルコースオキシダーゼ、ラクトペルオキシダーゼ、ヨウ素化合物を含む製剤は、口腔衛生のために使用され、口臭を防ぐことができます。グルコースオキシダーゼとラクトペルオキシダーゼを含む二重酵素ガムは、噛むと96%から99%の抗菌効率を持っています。グルコースオキシダーゼは過酸化水素に敏感なリンパ腫の標的治療に使用できます。酵素電極は、in vitroでの血清（パルプ）、尿、脊髄液中のグルコース定量分析に使用できます。