葡萄糖脫氫酶（GDH）作為一種催化酶，能夠催化葡萄糖的氧化反應(yīng)，將葡萄糖分解為底物，在人體內(nèi)為細(xì)胞提供能量。其中較為耳熟能詳?shù)淖饔帽闶茄窃嚰埩税?，畢竟家用血糖儀的測(cè)值使用離不開它，除了以上應(yīng)用外，它還被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境生態(tài)等領(lǐng)域。
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在醫(yī)藥領(lǐng)域，GDH可用于測(cè)定血液中葡萄糖的濃度，有助于人體疾病診斷及治療；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，GDH可用于生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的合成；在環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域，可被用于廢水處理，生物能源開發(fā)等應(yīng)用。這一次，我們來(lái)聊聊GDH在血糖監(jiān)測(cè)外的神奇應(yīng)用吧~
NO.1 生物電催化劑
細(xì)胞色素是一大類眾所周知的電子傳遞蛋白質(zhì)家族，但只有極少數(shù)用于生物電化學(xué)。實(shí)驗(yàn)員在對(duì)850個(gè)篩選的血紅素蛋白進(jìn)行研究后，發(fā)現(xiàn)了58種細(xì)胞色素符合作為電子穿梭體的要求。它們可以分為五種不同的蛋白質(zhì)折疊。研究人員選擇了四種代表性的b型和三種c型細(xì)胞色素展開了進(jìn)一步的分析。這些蛋白質(zhì)在大腸桿菌或畢赤酵母中的產(chǎn)量為0.075至375毫克/升。證實(shí)了所有細(xì)胞色素的1-巰基丙三醇功能化金電極上的電化學(xué)可逆性。
氧化還原酶可用作生物電催化劑，底物轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的多余電子可用于生物燃料電池中，讓有機(jī)化合物產(chǎn)生生物電流。研究者就使用了輔酶為FAD的GDH作為生物催化劑測(cè)試其電子排布能力，通過(guò)分光光度法和電流分析法監(jiān)測(cè)細(xì)胞色素被GDH還原的過(guò)程。相對(duì)于b型細(xì)胞色素，c型細(xì)胞色素顯示出其更快地從GDH中吸收電子的能力。這項(xiàng)研究支持了設(shè)計(jì)具有高電子傳遞速率的生物電催化劑，這在第三代生物傳感器和直接生物電催化中具有重要意義[1]。
NO.2 酶生物燃料電池
基于多糖的生物質(zhì)是一類廣泛可得且可再生的自然資源，其中將生物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化為電能而非燃燒的綠色能源技術(shù)非常有前景。然而現(xiàn)有的微生物燃料電池（MFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）和聚合物交換膜燃料電池（PEMFC）都有一定的缺陷：MFC的功率密度低、SOFC的工作溫度高（通常超過(guò)500℃）以及PEMFC中使用的貴金屬催化劑對(duì)多糖的催化活性低。
酶生物燃料電池（EBFCs）是一類利用酶催化劑的燃料電池。EBFCs可以在溫和的溫度和中性pH下運(yùn)行，使其成為使用生理單糖（如葡萄糖和乳酸）作為燃料的便攜式或植入式設(shè)備的潛在電源，使用多糖作為燃料可以進(jìn)一步提高EBFC的能量密度。然而，人工混合多酶系統(tǒng)往往因催化單位混雜而導(dǎo)致生物催化效率低下。為了構(gòu)建高性能淀粉/O2 EBFC，本文中研究人員通過(guò)在大腸桿菌細(xì)胞表面使用cohesin-dockerin交互的方式，精確展示了葡糖淀粉酶（GA）和葡萄糖脫氫酶（GDH）的連續(xù)酶系統(tǒng)，構(gòu)建了淀粉氧化生物陽(yáng)極[2]。
NO.3 FOS中的GDH
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低聚果糖（FOS）是一種功能性多糖，具有熱量低、防止有害菌生長(zhǎng)、吸附有害元素等特點(diǎn)的甘糖原，在很多物質(zhì)當(dāng)中都存在，如水果和蔬菜當(dāng)中的含量比較高，屬于膳食纖維的范疇?，F(xiàn)在很多的加工食品當(dāng)中都會(huì)將低聚果糖作為一種添加劑，可以制成餅干，面包以及果凍類的食品。
對(duì)于高血糖高血壓的人群也可以正常的服用，并不會(huì)導(dǎo)致個(gè)人的血壓有所升高。通過(guò)適當(dāng)攝入低聚果糖，不僅可以改善腸道的菌群，對(duì)于治療腸道疾病也有益處，另外還可以減少肝臟毒素的排泄。
市場(chǎng)上的FOS有2種，一種是50%含量的普通級(jí)FOS，另一種是高純度含量90%的FOS。糖尿病與肥胖患者不宜食用普通級(jí)的FOS，研究人員便采用重組葡萄糖脫氫酶來(lái)提高低聚果糖的純度。GDH能特異地催化β-D-葡萄糖生成D-葡萄糖酸，D-葡萄糖酸和鈣鹽形成葡萄糖酸鈣沉淀。GDH用于高純度FOS生產(chǎn)中，既可以消除葡萄糖，副產(chǎn)品葡萄糖酸鈣又是一種良好的補(bǔ)鈣劑[3]。
NO.4 相關(guān)產(chǎn)品
金普諾安的葡萄糖脫氫酶來(lái)源于微生物，催化葡萄糖脫氫生成葡萄糖酸，具有比活性高、產(chǎn)量高等優(yōu)勢(shì)。依賴的輔酶為FAD，較其他輔酶如NAD及PQQ具有更好的穩(wěn)定性和底物專一性。
金普諾安擁有先進(jìn)的蛋白質(zhì)工程技術(shù)及兩萬(wàn)八千升發(fā)酵平臺(tái)有效降低了單位成本，為生物醫(yī)藥研發(fā)與生產(chǎn)提供較高性價(jià)比的葡萄糖脫氫酶。
文獻(xiàn)參考
[1]Franziska S,Stefan S,Kwankao K, et al. Cytochromes as electron shuttles from FAD-dependent glucose dehydrogenase to electrodes[J]. Electrochimica Acta,2023,458.
[2]Yuanyuan C,Mingyang W,Xinxin X, et al. A membraneless starch/O2 biofuel cell based on bacterial surface regulable displayed sequential enzymes of glucoamylase and glucose dehydrogenase[J]. Biosensors and Bioelectronics,2022,207(prepublish).
[3]唐江濤,覃益民,楊梅,姚評(píng)佳,魏遠(yuǎn)安,唐尹平.利用重組葡萄糖脫氫酶提高低聚果糖純度[J].食品研究與開發(fā), 2007, 28(12):5.DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2007.12.019.
