De laccases , p- difenol: oksidoreduktaser dioksygen-benzendiol oksygen oksidoreduktaser , eller, er enzymer som hører til gruppen av enzymer som kalles oksidaser "blå kobber oksidase".
De finnes i høyere planter, hos noen insekter, i bakterier og i praktisk talt alle soppene som er studert; dens karakteristiske blåfarge er produktet av fire kobberatomer festet til molekylet på det katalytiske stedet.
Grafisk representasjon av molekylstrukturen til et Laccase-enzym (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-ansatte ved European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)
Disse enzymene ble beskrevet av Yoshida et al. I 1883, da de studerte harpiksen til det japanske Rhus vernicifera-treet eller "lakk-treet", hvor det ble bestemt at deres viktigste funksjon var å katalysere polymerisasjons- og depolymerisasjonsreaksjoner av forbindelser.
Mye senere ble det oppdaget at i sopp har disse proteiner med enzymatisk aktivitet spesifikke funksjoner i mekanismene for fjerning av giftige fenoler fra miljøet der de vokser, mens de i planter er involvert i syntetiske prosesser som lignifisering.
Vitenskapelige fremskritt med hensyn til studiet av disse enzymene tillot bruk av dem på industrielt nivå, hvor deres katalytiske kapasitet har blitt brukt, spesielt i sammenhenger med bioremediering, tekstiler, for fjerning av fargestoffer påført tekstiler, i papirindustrien, blant andre.
De viktigste årsakene til at lakkaser er så interessante fra et industrielt synspunkt, har å gjøre med det faktum at deres oksidasjonsreaksjoner ganske enkelt involverer reduksjon av molekylært oksygen og produksjon av vann som et sekundært element.
kjennetegn
Lakkaseenzymer kan skilles ut eller finnes i det intracellulære området, men dette avhenger av organismen som studeres. Til tross for dette er de fleste enzymene som er analysert (med unntak av noen proteiner fra visse sopp og insekter) ekstracellulære proteiner.
Fordeling
Disse enzymene, som diskutert ovenfor, finnes hovedsakelig i sopp, høyere planter, bakterier og noen insektarter.
Blant plantene hvor eksistensen er blitt bevist, er epletrær, asparges, poteter, pærer, mango, fersken, furuer, plommer, blant andre. Lakkaseuttrykkende insekter hører hovedsakelig til slektene Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius og andre.
Sopp er organismer hvor det største antallet og forskjellige lakaser er isolert og studert, og disse enzymene er til stede i både ascomycetes og deuteromycetes og basidiomycetes.
Katalyse
Reaksjonen katalysert av lakkaser består av monoelektronisk oksidasjon av et substratmolekyl, som kan tilhøre gruppen av fenoler, aromatiske forbindelser eller alifatiske aminer, til dets tilsvarende reaktive radikal.
Resultatet av den katalytiske reaksjonen er reduksjon av ett oksygenmolekyl til to vannmolekyler og oksidasjon av fire substratmolekyler for å produsere fire reaktive frie radikaler.
Mellomliggende frie radikaler kan binde og danne dimerer, oligomerer eller polymerer, og det er grunnen til at lakkaser sies å katalysere polymerisasjons- og "depolymerisasjons" -reaksjoner.
Struktur
Lakkaser er glykoproteiner, det vil si at de er proteiner som har oligosakkaridrester kovalent bundet til polypeptidkjeden, og disse representerer mellom 10 og 50% av den totale vekten av molekylet (i plantenzymer kan prosentandelen være litt høyere) .
Karbohydratdelen av denne typen proteiner inneholder monosakkarider som glukose, mannose, galaktose, fucose, arabinose, og noen heksosaminer, og glykosylering antas å spille viktige roller i sekresjon, proteolytisk mottakelighet, aktivitet, kobberretensjon og proteinets termiske stabilitet.
Disse enzymene finnes generelt i naturen som monomerer eller homodimerer, og molekylvekten til hver monomer kan variere mellom 60 og 100 kDa.
Det katalytiske senteret for lakkaser består av fire kobberatomer (Cu), som gir molekylet generelt en blå farge på grunn av den elektroniske absorpsjonen som foregår i kobber-kobber (Cu-Cu) bindinger.
Vegetabilske lakkaser har isoelektriske punkter med verdier nær 9 (ganske grunnleggende), mens soppenzymene er mellom isoelektriske punkter på 3 og 7 (så det er enzymer som fungerer under sure forhold).
isoenzymer
Mange lakkase-produserende sopp har også lakkase-isoformer, som er kodet av samme gen eller av forskjellige gener. Disse isoenzymene skiller seg fra hverandre hovedsakelig med hensyn til deres stabilitet, deres optimale pH og temperatur for katalysering og deres affinitet for forskjellige typer underlag.
Under visse forhold kan disse isoenzymene ha forskjellige fysiologiske funksjoner, men dette avhenger av arten eller tilstanden den lever i.
Egenskaper
Noen forskere har vist at lakkaser er involvert i "sklerotisering" av kutikula i insekter og montering av sporer som er motstandsdyktige mot ultrafiolett lys i mikroorganismer av slekten Bacillus.
I planter
I planteorganismer deltar lakaser i dannelsen av celleveggen, i prosessene med lignifisering og "delignifisering" (tap eller oppløsning av lignin); og dessuten har de vært relatert til avgiftning av vev gjennom oksidasjon av soppdrepende fenoler eller deaktivering av fytoalexiner.
I sopp
Lakkas er betydelig rikelig i denne gruppen organismer, og deltar i en rekke cellulære og fysiologiske prosesser. Blant dem kan vi nevne beskyttelsen av de patogene soppene til tanninene og de vegetabilske "fytoalexinene"; så det kan sies at for sopp er disse enzymene virulensfaktorer.
Lakkaser spiller også en rolle i morfogenesen og differensieringen av resistens og spore strukturer av basidiomycetes, så vel som i den biologiske nedbrytningen av lignin i sopp som nedbryter vev av woody planter.
På samme tid deltar lakkaser i dannelsen av pigmenter i mycelier og fruktkroppene til mange sopp og bidrar til cellecelleheftingsprosesser, i dannelsen av det polyfenoliske "limet" som binder hyfer og i unnvikelse. av immunsystemet til verter infisert med sykdomsfremkallende sopp.
I bransjen
Disse spesielle enzymene brukes industrielt til forskjellige formål, men de mest fremragende tilsvarer tekstil- og papirindustrien og bioremediering og dekontaminering av avløpsvann produsert av andre industrielle prosesser.
Spesifikt blir disse enzymene ofte brukt for oksidasjon av fenoler og derivater derav til stede i vann forurenset med industriavfall, hvis katalyseprodukter er uoppløselige (polymeriserte) og bunnfall, noe som gjør dem lett separerbare.
I næringsmiddelindustrien er de også av en viss betydning siden fjerning av fenolforbindelser er nødvendig for stabilisering av drikkevarer som vin, øl og naturlig juice.
De brukes i kosmetikkindustrien, i den kjemiske syntesen av mange forbindelser, i bioremediering av jord og i nanobiotechnology.
De mest brukte er lakkase fra sopp, men det har nylig blitt bestemt at bakteriell lakase har mer fremtredende egenskaper fra et industrielt synspunkt; De er i stand til å arbeide med et større utvalg av underlag og ved mye større temperatur- og pH-områder, i tillegg til at de er mye mer stabile mot hemmende midler.
referanser
- Claus, H. (2004). Lakkaser: struktur, reaksjoner, distribusjon. Micron, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Industrielle og bioteknologiske anvendelser av lakker: En gjennomgang. Biotechnology Advances, 24, 500–513.
- Madhavi, V., & Lele, SS (2009). Laccase: egenskaper og applikasjoner. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Lakkaser: blå enzymer for grønn kjemi. Trends in Biotechnology, 24 (5), 219–226.
- Singh, P., Bindi, C., & Arunika, G. (2017). Bakteriell lakkase: nylig oppdatering om produksjon, egenskaper og industrielle applikasjoner. Biotech, 7 (323), 1–20.