Przez lakkazy , p-difenol: oksydoreduktazy ditlenku-benzenodiol oksydoreduktaz tlenowych , lub, są enzymy należące do grupy enzymów zwanych oksydazy „oksydazy niebieski miedzi”.
Występują w roślinach wyższych, niektórych owadach, bakteriach i praktycznie we wszystkich badanych grzybach; jego charakterystyczny niebieski kolor jest wynikiem czterech atomów miedzi przyłączonych do cząsteczki w miejscu jej katalitycznego miejsca.
Graficzne przedstawienie struktury molekularnej enzymu lakazy (źródło: Jawahar Swaminathan i pracownicy MSD z Europejskiego Instytutu Bioinformatyki za pośrednictwem Wikimedia Commons)
Enzymy te opisali Yoshida i wsp. W 1883 r., Badając żywicę drzewa Rhus vernicifera lub japońskiego „drzewa lakierowego”, gdzie ustalono, że ich główną funkcją jest katalizowanie reakcji polimeryzacji i depolimeryzacji związków.
Znacznie później odkryto, że u grzybów te białka o aktywności enzymatycznej pełnią określone funkcje w mechanizmach usuwania toksycznych fenoli ze środowiska, w którym rosną, podczas gdy u roślin biorą udział w procesach syntezy, takich jak lignifikacja.
Postęp naukowy dotyczący badań tych enzymów pozwolił na ich zastosowanie na poziomie przemysłowym, gdzie ich zdolność katalityczna została wykorzystana, zwłaszcza w kontekście bioremediacji, tekstyliów, do usuwania barwników stosowanych na tekstyliach, w przemyśle papierniczym, m.in. inni.
Główne powody, dla których lakazy są tak interesujące z przemysłowego punktu widzenia, wynikają z faktu, że ich reakcje utleniania obejmują po prostu redukcję tlenu cząsteczkowego i produkcję wody jako pierwiastka wtórnego.
cechy
Enzymy lakazy mogą być wydzielane lub znajdować się w regionie wewnątrzkomórkowym, ale zależy to od badanego organizmu. Mimo to większość analizowanych enzymów (z wyjątkiem niektórych białek niektórych grzybów i owadów) to białka zewnątrzkomórkowe.
Dystrybucja
Te enzymy, jak omówiono powyżej, występują głównie w grzybach, roślinach wyższych, bakteriach i niektórych gatunkach owadów.
Wśród roślin, w których jej istnienie zostało udowodnione, to między innymi jabłonie, szparagi, ziemniaki, gruszki, mango, brzoskwinie, sosny, śliwki. Owady z ekspresją lakazy należą głównie do rodzajów Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius i innych.
Grzyby to organizmy, z których wyizolowano i przebadano największą liczbę i różnorodność lakaz, a enzymy te są obecne zarówno w workowcach, jak i deuteromycetes i basidiomycetes.
Kataliza
Reakcja katalizowana przez lakazy polega na monoelektronicznym utlenianiu cząsteczki substratu, która może należeć do grupy fenoli, związków aromatycznych lub alifatycznych amin, do odpowiadającego jej reaktywnego rodnika.
Wynikiem reakcji katalitycznej jest redukcja jednej cząsteczki tlenu do dwóch cząsteczek wody i jednoczesne utlenianie czterech cząsteczek substratu do czterech reaktywnych wolnych rodników.
Pośrednie wolne rodniki mogą wiązać i tworzyć dimery, oligomery lub polimery, dlatego mówi się, że lakkazy katalizują reakcje polimeryzacji i „depolimeryzacji”.
Struktura
Lakazy są glikoproteinami, to znaczy są to białka, które mają reszty oligosacharydowe kowalencyjnie połączone z łańcuchem polipeptydowym, które stanowią od 10 do 50% całkowitej masy cząsteczki (w enzymach roślinnych procent ten może być nieco wyższy) .
Część węglowodanowa tego typu białka zawiera monosacharydy, takie jak glukoza, mannoza, galaktoza, fukoza, arabinoza i niektóre heksozaminy, i uważa się, że glikozylacja odgrywa ważną rolę w wydzielaniu, podatności proteolitycznej, aktywności, zatrzymywaniu miedzi i stabilność termiczna białka.
Enzymy te na ogół występują w przyrodzie jako monomery lub homodimery, a masa cząsteczkowa każdego monomeru może zmieniać się między 60 a 100 kDa.
Katalityczne centrum lakaz składa się z czterech atomów miedzi (Cu), które ogólnie nadają cząsteczce niebieski kolor z powodu absorpcji elektronowej zachodzącej w wiązaniach miedź-miedź (Cu-Cu).
Lakazy warzywne mają punkty izoelektryczne o wartościach bliskich 9 (dość zasadowe), podczas gdy enzymy grzybowe znajdują się między punktami izoelektrycznymi od 3 do 7 (są to więc enzymy działające w środowisku kwaśnym).
Izoenzymy
Wiele grzybów wytwarzających lakazę ma również izoformy lakazy, które są kodowane przez ten sam gen lub przez różne geny. Te izoenzymy różnią się między sobą głównie pod względem stabilności, optymalnego pH i temperatury katalizatora oraz powinowactwa do różnych typów substratów.
W pewnych warunkach te izoenzymy mogą pełnić różne funkcje fizjologiczne, ale zależy to od gatunku lub stanu, w którym żyje.
cechy
Niektórzy badacze wykazali, że lakazy są zaangażowane w „sklerotyzację” naskórka owadów i tworzenie zarodników odpornych na światło ultrafioletowe w mikroorganizmach z rodzaju Bacillus.
W roślinach
U organizmów roślinnych lakazy uczestniczą w tworzeniu ściany komórkowej, w procesach lignifikacji i „delignifikacji” (utraty lub rozpadu ligniny); co więcej, są one związane z odtruwaniem tkanek poprzez utlenianie przeciwgrzybiczych fenoli lub dezaktywację fitoaleksyn.
W grzybach
Niezwykle licznie występujące w tej grupie organizmów lakazy biorą udział w różnorodnych procesach komórkowych i fizjologicznych. Wśród nich można wymienić ochronę patogennych grzybów garbników i roślinnych „fitoaleksyn”; można więc powiedzieć, że w przypadku grzybów enzymy te są czynnikami zjadliwości.
Lakazy odgrywają również rolę w morfogenezie i różnicowaniu odporności i struktur przetrwalnikowych podstawczaków, a także w biodegradacji ligniny u grzybów degradujących tkanki gatunków roślin drzewiastych.
Jednocześnie lakazy biorą udział w tworzeniu barwników w grzybni i owocnikach wielu grzybów oraz uczestniczą w procesach adhezji komórka-komórka, w tworzeniu polifenolowego „kleju” wiążącego strzępki oraz w uniku. układu odpornościowego żywicieli zakażonych grzybami chorobotwórczymi.
W przemyśle
Te konkretne enzymy są wykorzystywane w przemyśle do różnych celów, ale te najwybitniejsze odnoszą się do przemysłu tekstylnego i papierniczego oraz do bioremediacji i odkażania ścieków wytwarzanych w innych procesach przemysłowych.
W szczególności enzymy te są często używane do utleniania fenoli i ich pochodnych obecnych w wodzie zanieczyszczonej odpadami przemysłowymi, których produkty katalizy są nierozpuszczalne (polimeryzowane) i wytrącają się, co sprawia, że są łatwe do oddzielenia.
W przemyśle spożywczym mają również pewne znaczenie, ponieważ usuwanie związków fenolowych jest konieczne do stabilizacji napojów, takich jak wino, piwo i naturalne soki.
Znajdują zastosowanie w przemyśle kosmetycznym, w syntezie chemicznej wielu związków, w bioremediacji gleby oraz w nanobiotechnologii.
Najpowszechniej stosowane są lakazy z grzybów, ale ostatnio stwierdzono, że lakazy bakteryjne mają bardziej znaczące cechy z przemysłowego punktu widzenia; Są zdolne do pracy z większą różnorodnością podłoży i przy znacznie szerszych zakresach temperatur i pH, a także są znacznie bardziej stabilne wobec czynników hamujących.
Bibliografia
- Claus, H. (2004). Lakiery: budowa, reakcje, rozmieszczenie. Micron, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J. i Herrera, T. (2006). Przemysłowe i biotechnologiczne zastosowania lakierów: przegląd. Biotechnology Advances, 24, 500–513.
- Madhavi, V. i Lele, SS (2009). Lakier: właściwości i zastosowania. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Lakiery: niebieskie enzymy dla zielonej chemii. Trends in Biotechnology, 24 (5), 219–226.
- Singh, P., Bindi, C. i Arunika, G. (2017). Lakierka bakteryjna: ostatnia aktualizacja dotycząca produkcji, właściwości i zastosowań przemysłowych. Biotech, 7 (323), 1–20.