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生物化学下册葡萄糖氧化酶一、概述葡萄糖氧化酶是一种重要的酶类蛋白，参与了糖代谢途径中葡萄糖的氧化过程。
它在细胞内起着至关重要的作用，对维持细胞内的能量平衡和新陈代谢有着举足轻重的影响。
本文将围绕着葡萄糖氧化酶的结构、功能、代谢途径以及临床应用等方面展开介绍。
二、葡萄糖氧化酶的结构葡萄糖氧化酶是一种单亚基蛋白酶，其分子量约为約170kD，由四个相同的亚基组成。
每个亚基中含有一个腺苷酸结合位点和一个金属结合位点。
腺苷酸结合位点与葡萄糖结合位点相互作用，金属结合位点则与辅因子结合，起到催化反应的作用。
三、葡萄糖氧化酶的功能1. 氧化葡萄糖葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖的氧化过程，将葡萄糖分解为丙酮酸、乳酸或乙醛等产物，释放能量，供细胞进行生命活动。
2. 调节新陈代谢葡萄糖氧化酶参与了糖代谢途径中的糖酵解和糖异生过程，调节了糖类物质的代谢平衡，对维持细胞内的能量供给和代谢平衡起着重要的作用。
四、葡萄糖氧化酶在代谢途径中的作用葡萄糖氧化酶主要参与了糖代谢途径中的糖酵解和糖异生过程。
在糖酵解过程中，葡萄糖氧化酶催化葡萄糖分解为丙酮酸和乳酸，产生ATP，为细胞提供能量。
而在糖异生过程中，葡萄糖氧化酶则参与了葡萄糖的合成，调节了葡萄糖的合成与分解平衡。
五、葡萄糖氧化酶的临床应用1. 临床诊断葡萄糖氧化酶的活性可以反映出病人的代谢情况，因此可以作为临床诊断的一个重要指标，对于糖尿病、肝病和其他一些代谢性疾病的诊断有一定的参考价值。
2. 药物研发葡萄糖氧化酶作为糖代谢途径中的关键酶类蛋白，在药物研发领域中具有重要的应用前景。
通过调节葡萄糖氧化酶的活性，可以有效地治疗一些糖代谢异常相关的疾病。
六、结论葡萄糖氧化酶作为糖代谢途径中的关键酶类蛋白，在细胞代谢和能量供给中起着不可替代的作用。
其结构与功能的研究对于深入了解细胞的代谢机制，促进新药研发以及疾病的诊断与治疗具有重要的理论和实践意义。
希望未来能有更多的研究在葡萄糖氧化酶领域取得突破，为人类健康做出更大的贡献。
葡萄糖氧化酶基础研究及其应用葡萄糖氧化酶（glucose oxidase，简称GOx）是一种常见的氧化酶，能够将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，并同时产生一定的过氧化氢（hydrogen peroxide）。
GOx的发现和研究可以追溯到20世纪初，如今，在食品、医药、环保等领域都有广泛的应用。
一、GOx的基本结构和性质GOx是一种含有FAD（flavin adenine dinucleotide，黄素腺嘌呤二核苷酸）辅助因子的氧化酶。
它的基本结构包括两个多肽链，其中一个链为蛋白质主链，另一个链为FAD。
GOx的分子量约为160 kDa，其中主链的分子量约为80 kDa，FAD 的分子量约为40 kDa。
关于其催化反应，GOx能够将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，并同时产生一定的过氧化氢。
这一反应可表示为：葡萄糖+ O2 → 葡萄糖酸 + H2O2GOx在催化反应中起到的作用为：通过与葡萄糖结合的部分（即活性位点）将葡萄糖转化为葡萄糖酸；同时，由于FAD结合了非常紧密，因此它能够催化生成的过氧化氢分解为氧和水。
这些特性使GOx不仅有优异的催化效果，而且能够在保持高效催化的同时，减少对环境的污染。
二、GOx的应用1.食品行业GOx在食品中的应用主要是作为食品添加剂，其主要作用是增加食物的口感和保存期限。
在某些饮品和蛋糕等食品中，与GOx混合的葡萄糖可以将食品中的氧气消耗掉，从而延长食品的保鲜期限。
此外，由于GOx催化生成的过氧化氢具有抑菌作用，因此它也广泛应用于食品保鲜剂中。
2.医药行业GOx在医药行业中的应用与其抗菌作用有关。
虽然过氧化氢的抗菌效果已经被证明，但是过氧化氢本身也具有毒性，并且在酸性和碱性环境中的稳定性比较差。
从这个角度出发，GOx的催化反应能够在更加温和的条件下生成过氧化氢，从而达到更好的抗菌效果。
3.环保行业GOx在环保行业中的应用主要涉及到污水处理和废弃物处理等领域。
由于GOx催化反应产生的过氧化氢具有氧化性，因此能够用于处理废水或者使其更容易被处理。
葡萄糖氧化酶的催化机理及其在食品中的应用现状
葡萄糖氧化酶（glucose oxidase）是一种广泛存在于微生物和
植物中的酶，主要催化葡萄糖的氧化反应，将葡萄糖转化为葡萄糖醛酸和过氧化氢。
葡萄糖氧化酶的催化机理如下：
1. 吸附：葡萄糖分子在酶的活性位点上吸附。
2. 氧化：酶将吸附的葡萄糖分子氧化，生成葡萄糖醛酸和还原型酶。
3. 还原：还原型酶再次氧化，生成氧化型酶和水。
4. 再生：氧化型酶重新接受电子，恢复为还原型酶，以继续催化反应。
葡萄糖氧化酶在食品中有广泛的应用现状，其中主要包括以下几个方面：
1. 食品保鲜：葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖氧化产生过氧化氢，过氧化氢具有很强的杀菌作用，可以抑制食品中的微生物生长，延长食品的保鲜期。
2. 面包和面制品加工：葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖的氧化反应，产生二氧化碳，促进面团的膨胀和发酵，使得面包和面制品更加松软蓬松。
3. 腌制食品：葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖的氧化反应，产生
过氧化氢，过氧化氢可以增强腌制食品的酸度，改善食品的质感和口味。
4. 饮料工业：葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖的氧化反应，产生过氧化氢，过氧化氢有漂白和消毒的作用，可以用于饮料的漂白和杀菌处理。
总之，葡萄糖氧化酶在食品行业中起着重要的作用，通过催化葡萄糖的氧化反应，可以实现食品保鲜、面制品发酵等功能，提高食品的品质和口感。
葡萄糖氧化酶一、酶的简介葡萄糖氧化酶(Glucose Oxidase，简称GOD)能够在有氧气的条件下专一性催化β-D- 葡萄糖生成葡萄糖酸和过氧化氢,高纯度GOD的制剂为淡黄色粉末、易溶于水，完全不溶于乙醚、氯仿、甘油和乙二醇[1]。
50%丙酮、66%甲醇能使其沉淀。
它广泛地分布于动物、植物和微生物体内，但由于微生物具有生长繁殖速度快，来源广等特点使之成为葡萄糖氧化酶的主要来源，微生物中的主要生产菌株为黑曲霉和青霉。
葡萄糖氧化酶是用黑曲霉等发酵制得的一种需氧脱氢酶，对人体无毒、副作用，具有去除葡萄糖、脱氧、杀菌等功能，它广泛应用于食品、饲料、医药等行业中，具有去除葡萄糖、脱氧、杀菌等作用。
【2】二、菌种及培养基2.1 菌种：以黑曲霉H1-9b为菌种，在发酵罐中装入培养基2.2 发酵培养基(g/L)：蔗糖80、蛋白胨3、KH2PO4 2、MgSO4·7H2O 0.7、KCl 0.5、NaNO3 4，pH5.5；斜面培养基(g/L)：蔗糖30、NaNO32、K2HPO41、KCl 0.5、MgSO4 0.5、FeSO40.01、琼脂20，pH5.5【3】。
发酵条件为：26～29摄氏度，pH值自然，通风量0．3m3／(m3·min)，搅拌速度400r／min。
发酵液离心分离得菌丝体，经研磨(因葡萄糖氧化酶是一种胞内酶，提取时首先必须先研磨破壁)后过滤，得到含葡萄糖氧化酶的滤液即酶液。
[4]三、工艺流程葡萄糖氧化酶制备流程图原料预处理培养基配制灭菌无菌空气制备发酵产品的分离纯化菌种的制备和种子培养葡萄糖氧化酶下游工艺流程图3.1葡萄糖氧化酶的发酵3.1.1种子液培养在斜面培养基上接种黑曲霉H1-9b 孢子，28℃培养4 ～5 d 。
3.1.2摇瓶发酵250mL 锥形瓶中分装50mL 发酵培养基，121℃灭菌20min，接种黑曲霉H1-9a 孢子浓度为104个/mL，28℃、200r/min 摇床培养80h 即达产酶高峰。
葡萄糖氧化酶及其应用【摘要】:葡萄糖氧化酶是一种需氧脱氢酶,对人体无毒、副作用，广泛应用于食品、医药、饲料等行业中，起到了去除葡萄糖、脱氧、杀菌等作用。
该文从葡萄糖氧化酶的性质、生产和应用等方面对其进行了简单介绍。
【关键词】：葡萄糖氧化酶性质生产应用The glucose oxidase and its applicationAbstract: Glucose oxidase (GOD) is an aerobic dehydrogenase. It has no side effects and non-toxicity on human. GOX，which has played an important role on removing glucose，de-oxidization and sterilization，is widely applicated in food, medicine, feed stuff and other fields. This paper reviews the property, production and application of Glucose oxidase.Key Words: Glucose oxidase property production application葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase EC 1.1.3.4.）全称为β-D-吡喃型葡萄糖需氧脱氢酶，简称GOD，它能在有氧的条件下专一性将β-D-葡萄糖氧化为葡萄糖酸和过氧化氢。
早在1904年，人们就发现了葡萄糖氧化酶，但当时对其商业价值认识的不足，并未引起人们的重视。
直到1928年，Muller首先从黑曲霉的无细胞提取液中发现葡萄糖氧化酶，并进一步通过试验确定了酶的作用机理，并命名为葡萄糖氧化酶，之后把他归入脱氢酶类。
葡萄糖氧化酶广泛的存在于动物、植物和微生物体内，微生物繁殖快，来源广的特点事其成为葡萄糖氧化酶的主要来源，主要生产菌株为黑曲霉和青霉。
其广泛应用于食品、饲料、医药等行业中，起到了去除葡萄糖、脱氧、杀菌等作用。
产量低、酶活低、检测方法复杂是GOD产业化的限制性因素。
国外由于对葡萄糖氧化酶的研究较早，在菌种筛选、产酶条件的优化、酶的分离纯化、酶学特性以及葡萄糖氧化酶基因的克隆与表达等方面研究都已较为深入。
相比国外，我国对葡萄糖氧化酶的研究工作起步较晚，从20世纪末期对其展开了较为系统的研究。
我国受技术水平以及仪器设备的限制，目前生产的工业酶制剂不仅生产成本高，而且纯度以及稳定性方面都达不到要求，工业酶制剂市场基本被国外企业所垄断，而如何降低葡萄糖氧化酶的生产成本和提高其应用适应性是急待解决的问题[1]。
1. 葡萄糖氧化酶的性质1.1 物理性质粉状的葡萄糖氧化酶呈灰黄色，液状的葡萄糖氧化酶为淡褐色，精制液体状酶为淡黄色。
易溶于水，不溶于不溶于乙醚、氯仿、丁醇、吡啶、甘油、乙二醇等有机溶剂，50%丙酮和66%甲醇能沉淀该酶，溶液在摇动时泡沫呈棕绿色，不能透过硝化纤维膜。
固体葡萄糖氧化酶在0℃条件下至少能保存2年，在-15℃下可保存8年[2]。
1.2 化学性质葡萄糖氧化酶相对分子质量一般在1.5×105左右，每分子酶含2分子FAD。
pH作用范围3.5~6.5，最适pH为5.0左右，在没有保护剂存在的条件下pH >8.0或pH <3.0时会迅速失活。
葡萄糖氧化酶的作用温度范围一般为30～60℃，最适作用温度为50～55℃。
葡萄糖氧化酶能高度特异性的结合β-D-吡喃葡萄糖，葡萄糖分子C1上的羟基对酶的催化作用是必要的条件，而且羟基位于β-位时酶的活性比位于α-位时酶的活性高大约160倍。
底物的分子结构在C1、C2、C3、C4、C5、C6位上的改变使葡萄糖氧化酶的活性大幅度下降，但在不同的程度上还表现出一定的活性，见表1。
葡萄糖氧化酶对于L-葡萄糖和2-O-甲基-D-葡萄糖是完全没有活性的[3]。
表1 葡萄糖氧化酶的底物特异性葡萄糖改性的位置化合物同β-D-葡萄糖的差别相对速率β-D-葡萄糖100 1α-D-葡萄糖C1上OH的构型0.64葡萄糖改性的位置化合物同β-D-葡萄糖的差别相对速率22-脱氧-D-葡萄糖C2上OH被H取代 3.32D-甘露糖C2上OH的构型0.9822-O-甲基-D-葡萄糖C2上OH的H被甲基取代033-脱氧-D-葡萄糖C3上OH被H取代14D-半乳糖C4上OH的构型0.544-脱氧-D-葡萄糖C4上OH被H取代255-脱氧-D-葡萄糖C5上OH被H取代0.055L-葡萄糖C5上CH2OH的构型066-脱氧-D-葡萄糖C6上OH被H取代06木糖C6被H取代0.981.2.1 葡萄糖氧化酶的作用机理葡萄糖氧化酶能利用分子氧或原子氧进行葡萄糖的氧化,消耗溶解氧,降低氧的氧化作用,从而保护食品中易氧化成分不被氧化。
葡萄糖氧化酶的催化反应按反应条件有3种形式: （1）没有过氧化氢酶存在时,每氧化1分子葡萄糖消耗1氧:C6H12O6+O2→C6H12O7+H2O2β-D-葡萄糖+O2→δ-D-葡萄糖内酯+H2O2(2) 葡萄糖氧化酶通常与过氧化氢酶组成一个氧化还原酶系统，当反应体系中葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶同时存在时，首先葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化生成D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢，然后过氧化氢酶催化过氧化氢生成水和氧气，最后水与D-葡萄糖酸内酯结合生成葡萄糖酸 :C6H12O6+1/2O2→C6H12O7+H2O2(3) 当反应体系中葡萄糖氧化酶过氧化氢酶和乙醇同时存在时,首先葡萄糖氧化酶催化β-D-葡萄糖生成D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢,然后过氧化氢酶催化过氧化氢和乙醇生成水和乙醛,最后水与D-葡萄糖酸内酯结合生成葡萄糖酸[4]。
C6H12O6+C2H5OH+O2→C6H12O7+CH3CHO+H2O2研究表明，葡萄糖氧化酶催化反应的速率同时取决于O2和葡萄糖的浓度，反应遵循乒乓机理。
1.2.2 温度对酶活性的影响葡萄糖氧化酶反应体系中含有气体反应物氧，所以反应温度的变化导致氧在反应体系中浓度的改变，因为温度升高时，反应体系中氧气的溶解度下降，这就抵消了温度升高对酶反应速率的影响。
从表2中可以看出：其一是葡萄糖氧化酶催化的反应具有较低的Q10；其二是葡萄糖氧化酶在较宽的范围内（30～60℃)具有活性，且差异不大。
表中所列出的葡萄糖氧化酶活性是采用量压法测定30min内反应体系吸收氧气的数量而得到的[3]。
表 2 温度对葡萄糖氧化酶活性的影响1.2.3 pH对酶活性的影响葡萄糖氧化酶的活性在pH为4.5～7.0基本上相同，变化不大，pH高于7.0或低于4.5活性急剧下降。
但同样的pH条件下葡萄糖底物的存在对酶活性有保护作用，如pH在8.1时，当无葡萄糖底物的存在时，酶活性在10min内损失90%，当葡萄糖底物的存在时，酶活性在40min内仅损失20%,。
低pH条件下，霉菌葡萄糖氧化酶仍然具有一定的催化活性，只是反映的速率较低，但仍然可以完成特殊的催化反应。
1.2.4 酶的抑制剂铜离子和其他巯基（—SH）螯合剂能抑制霉菌产生葡萄糖氧化酶的活性，阿拉伯糖是酶的竞争性抑制剂；氰化氢和一氧化碳对酶没有抑制作用。
2、葡萄糖氧化酶的生产葡萄糖氧化酶是酶技术研究与应用领域中一种非常重要的酶，由于葡萄糖氧化酶与生命的重要物质葡萄糖和氧的密切关系，导致了他在科研、医药和工业生产上的广泛应用。
葡萄糖氧化酶广泛分布于动植物和微生物体内,但动植物组织中葡萄糖氧化酶含量有限，而微生物由于具有来源广泛、生长周期短等优点被广泛用作生产葡萄糖氧化酶的来源。
但通常天然菌株产葡萄糖氧化酶水平不高，难以直接用来生产葡萄糖氧化酶。
一方面我们可以通过菌株诱变、优化菌株的发酵条件等传统方法，获得葡萄糖氧化酶高产菌株;另一方面，通过基因重组等方法获得葡萄糖氧化酶高产菌株，采用重组工程菌获得葡萄糖氧化酶[5]。
2.1 工业化生产葡萄糖氧化酶的菌株目前工业化生产葡萄糖氧化酶是利用微生物发酵法生产,可以生产葡萄糖氧化酶的微生物主要是细菌和霉菌。
细菌主要有弱氧化醋酸菌等;生产上一般采用的霉菌是黑曲霉和青霉属菌株,除了黑曲霉和青霉外，拟青霉属(Paecilomyces )胶霉属( Glioctadium)及帚霉属( Scopulariopsis)等也具有产葡萄糖氧化酶的能力工业化生产葡萄糖氧化酶的主要菌种见表3。
2.2 利用菌株诱变获得葡萄糖氧化酶对葡萄糖氧化酶生产菌株的诱变通常采用紫外诱变和化学诱变剂诱变等方法［6］。
紫外线照射通过改变菌体DNA从而引起菌体的突变。
李筱瑜等人[7]。
将黑曲霉菌株P-采用紫外线进行诱变，得到突变菌株U-69产酶酶活是出发菌株P-的2.5倍.化学诱变是用化学诱变剂处理菌种，以诱发遗传物质的突变。
化学诱变相比于紫外诱变更具定向性，化学诱变剂不同，作用的菌株、细胞及基因不同，诱变的效果也会存在差异。
常用的化学诱变剂有甲基磺酸乙酯(EMS )和硫酸二乙酯(DES )等[1]。
选择单独一种诱变方法，也可以几种方法复合使用，筛选出其中的正突变菌株，提高原始菌株产酶能力。
2.3 利用基因重组技术获得葡萄糖氧化酶工业化生产中常用黑曲霉或青霉发酵来获得葡萄糖氧化酶，但黑曲霉和青霉菌发酵过程中常会伴随产生过氧化氢酶淀粉酶等其他杂蛋白，给后期的分离纯化工作带来困难，因此用基因工程方法构建更优良的葡萄糖氧化酶生产菌株一直受到各国科学家的注视。
将葡萄糖氧化酶的基因进行克隆，连接相应的表达载体后转化基因工程菌株，通过诱导表达葡萄糖氧化酶基因来获取大量的葡萄糖氧化酶蛋白。
由于基因工程菌株分泌到基质中的其本身内源蛋白量很少，基质中主要是基因工程菌株分泌到胞外的外源目的蛋白，因此能简化后期的蛋白纯化操作。
目前国外主要用基因克隆、表达来提高菌株的产酶活力，在这一领域研究已经比较深入。
Whittington H成功地将青霉菌的GOD基因导入到酿酒酵母中，获得了具有生物活性的；Szynol实现了葡萄糖氧化酶基因在大肠杆菌中的表达［8］；Silvia Crognale将一株青霉的葡萄糖氧化酶基因成功导入到毕赤酵母中，发酵培养酶活达到50U/ml ;国内在这一方面的研究也取得了一定的进展。
母敬郁等[9]采用瑞氏木霉表达了黑曲霉来源的葡萄糖氧化酶基因，经过对重组后的瑞氏木霉进行诱变筛选，突变株的葡萄糖氧化酶发酵液酶活达到25U/ml 。
目前已有多种外源基因表达系统被开发出来，如大肠杆菌表达系统、酵母表达系统等大肠杆菌表达系统虽然发展较为成熟，操作简单、周期短、产量高，但其表达产物无翻译后的修饰与加工过程，不能对蛋白质进行翻译，酵母繁殖速度快、易于培养、基因工程操作简便，并能够对目的蛋白进行翻译后加工与修饰，越来越广泛地用作外源基因表达的宿主菌株［1］。
