Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Glucosio Ossidasi


Molecola del Mese di Maggio 2006

Glucosio Ossidasi
Il diabete è una malattia diffusa in tutto il mondo e colpisce centinaia di milioni di persone. Per fortuna con una dieta attenta e con i farmaci opportuni si possono ridurre molte delle complicazioni del diabete. Questi trattamenti prevedono il continuo monitoraggio dei livelli di glucosio nel sangue in modo da poter intervenire tempestivamente se diventano troppo alti. L'enzima glucosio ossidasi ha reso la misura del glucosio veloce, facile ed economica.

Difesa Chimica
L'enzima glucosio ossidasi, mostrato qui a destra dal file PDB 1gpe, è un enzima piccolo e stabile che ossida il glucosio a glucolattone, trasformando l'ossigeno in acqua ossigenata. La sua normale azione biologica sembra essere proprio la produzione di acqua ossigenata, un composto tossico che può essere usato per uccidere i batteri.
La glucosio ossidasi si trova, per esempio, sulla superficie dei funghi dove contribuisce a combattere le infezioni batteriche, oppure nel miele dove agisce da conservante naturale.


Una miniera d'oro per le biotecnologie
Questo enzima oscuro, anche se svolge un ruolo di secondo piano in natura, è diventato il centro di un'attività industriale biotecnologica da 5 miliardi di dollari. Viene usato in biosensori che misurano la concentrazione del glucosio nel sangue. Questi biosensori funzionano perchè l'enzima trasforma qualcosa che è difficile da misurare, il glucosio, in qualcosa che invece è facile da misurare, l'acqua ossigenata.
Un tipico misuratore di glucosio da laboratorio utilizza l'enzima intrappolato in una membrana. Il glucosio che viene in contatto con la membrana del sensore viene convertito in glucolattone. Nel processo si forma acqua ossigenata che viene rivelata da un elettrodo di platino. Maggiore è la concentrazione di glucosio nel sangue, più acqua ossigenata si forma e più forte è il segnale fornito dall'elettrodo.

Controllare i costi
Naturalmente gli elettrodi di platino sono costosi, per questo si stanno mettendo a punto nuovi biosensori che utilizzano un'altra interessante proprietà della glucosio ossidasi, nel tentativo di realizzare test ancora più economici. La glucosio ossidasi è molto specifica per il glucosio nella fase iniziale dell'ossidazione, ma può usare diversi composti come accettori finali di elettroni, non solo l'ossigeno. I ricercatori hanno messo a punto, quindi, altre molecole ossidanti, come il ferrocene, che vengono chiamate mediatori, da utilizzare al posto dell'ossigeno. Queste molecole prendono gli elettroni dalla reazione del glucosio e li cedono ad un tipo più economico di elettrodo. Questo metodo si presta per creare cartine da test monouso che abbiano la glucosio ossidasi, il mediatore e l'elettrodo, tutti e tre depositati sulla superficie della cartina.

Altri Possibili Biosensori
Per rivelare il glucosio sono stati usati anche altri enzimi che ossidano il glucosio.
Qui a lato sono mostrate due diverse glucosio deidrogenasi che sono state studiate per utilizzarle come biosensori.
Quella più in alto è un enzima che utilizza il NAD (rosso) come cofattore per realizzare la reazione di ossidazione (file PDB 1gco).
Quella più in basso (file PDB 1cq1) usa un cofattore insolito, la pirrolochinolina chinone (rosso), PQQ, accanto al quale è legato il glucosio (giallo)






Esplorando la Struttura
Potete osservare in dettaglio la glucosio ossidasi della muffa Penicillium nell'immagine qui a fianco ottenuta dal file PDB 1gpe. La reazione di ossidazione è realizzata dal coenzima FAD (rosso) che si trova legato in profondità nell'enzima .
Il sito attivo che lega il glucosio si trova subito sopra il FAD in una tasca indicata dall'asterisco.
Notate che l'enzima, come molte proteine che devono agire nell'ambiente acquoso fuori dalle cellule, è coperto da piccole catene di carboidrati (sfere verdi).









Bibliografia

J. D. Newman and A. P. F. Turner (2005) Home blood glucose biosensors: a commercial perspective. Biosensors and Bioelectronics 20, 2435-2453.

R. Wilson and A. P. F. Turner (1992) Glucose oxidase: and ideal enzyme. Biosensors and Bioelectronics 7, 165-185.