葡萄糖脱氢酶（GDH）作为一种催化酶，能够催化葡萄糖的氧化反应，将葡萄糖分解为底物，在人体内为细胞提供能量。其中较为耳熟能详的作用便是血糖试纸了吧，毕竟家用血糖仪的测值使用离不开它，除了以上应用外，它还被广泛应用于医药、农业、环境生态等领域。

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在医药领域，GDH可用于测定血液中葡萄糖的浓度，有助于人体疾病诊断及治疗；在农业领域，GDH可用于生长调节剂的合成；在环境生态领域，可被用于废水处理，生物能源开发等应用。这一次，我们来聊聊GDH在血糖监测外的神奇应用吧~

NO.1 生物电催化剂

细胞色素是一大类众所周知的电子传递蛋白质家族，但只有极少数用于生物电化学。实验员在对850个筛选的血红素蛋白进行研究后，发现了58种细胞色素符合作为电子穿梭体的要求。它们可以分为五种不同的蛋白质折叠。研究人员选择了四种代表性的b型和三种c型细胞色素展开了进一步的分析。这些蛋白质在大肠杆菌或毕赤酵母中的产量为0.075至375毫克/升。证实了所有细胞色素的1-巯基丙三醇功能化金电极上的电化学可逆性。

氧化还原酶可用作生物电催化剂，底物转换产生的多余电子可用于生物燃料电池中，让有机化合物产生生物电流。研究者就使用了辅酶为FAD的GDH作为生物催化剂测试其电子排布能力，通过分光光度法和电流分析法监测细胞色素被GDH还原的过程。相对于b型细胞色素，c型细胞色素显示出其更快地从GDH中吸收电子的能力。这项研究支持了设计具有高电子传递速率的生物电催化剂，这在第三代生物传感器和直接生物电催化中具有重要意义^[1]。

NO.2 酶生物燃料电池

基于多糖的生物质是一类广泛可得且可再生的自然资源，其中将生物质直接转化为电能而非燃烧的绿色能源技术非常有前景。然而现有的微生物燃料电池（MFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和聚合物交换膜燃料电池（PEMFC）都有一定的缺陷：MFC的功率密度低、SOFC的工作温度高（通常超过500℃）以及PEMFC中使用的贵金属催化剂对多糖的催化活性低。

酶生物燃料电池（EBFCs）是一类利用酶催化剂的燃料电池。EBFCs可以在温和的温度和中性pH下运行，使其成为使用生理单糖（如葡萄糖和乳酸）作为燃料的便携式或植入式设备的潜在电源，使用多糖作为燃料可以进一步提高EBFC的能量密度。然而，人工混合多酶系统往往因催化单位混杂而导致生物催化效率低下。为了构建高性能淀粉/O2 EBFC，本文中研究人员通过在大肠杆菌细胞表面使用cohesin-dockerin交互的方式，精确展示了葡糖淀粉酶（GA）和葡萄糖脱氢酶（GDH）的连续酶系统，构建了淀粉氧化生物阳极^[2]。

NO.3 FOS中的GDH

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低聚果糖（FOS）是一种功能性多糖，具有热量低、防止有害菌生长、吸附有害元素等特点的甘糖原，在很多物质当中都存在，如水果和蔬菜当中的含量比较高，属于膳食纤维的范畴。现在很多的加工食品当中都会将低聚果糖作为一种添加剂，可以制成饼干，面包以及果冻类的食品。

对于高血糖高血压的人群也可以正常的服用，并不会导致个人的血压有所升高。通过适当摄入低聚果糖，不仅可以改善肠道的菌群，对于治疗肠道疾病也有益处，另外还可以减少肝脏毒素的排泄。

市场上的FOS有2种，一种是50%含量的普通级FOS，另一种是高纯度含量90%的FOS。糖尿病与肥胖患者不宜食用普通级的FOS，研究人员便采用重组葡萄糖脱氢酶来提高低聚果糖的纯度。GDH能特异地催化β-D-葡萄糖生成D-葡萄糖酸，D-葡萄糖酸和钙盐形成葡萄糖酸钙沉淀。GDH用于高纯度FOS生产中，既可以消除葡萄糖，副产品葡萄糖酸钙又是一种良好的补钙剂^[3]。

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文献参考

[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]唐江涛,覃益民,杨梅,姚评佳,魏远安,唐尹平.利用重组葡萄糖脱氢酶提高低聚果糖纯度[J].食品研究与开发, 2007, 28(12):5.DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2007.12.019.