De laccaser, p- diphenol: oxidoreduktaser dioxygen-benzendiol oxygen oxidoreduktaser, eller, er enzymer, der tilhører gruppen af enzymer kaldet oxidaser "blå kobber oxidaser".
De findes i højere planter, i nogle insekter, i bakterier og i praktisk talt alle svampe, der er undersøgt; dens karakteristiske blå farve er produktet af fire kobberatomer bundet til molekylet på dets katalytiske sted.
Grafisk repræsentation af molekylstrukturen af et Laccase-enzym (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-personale ved Det Europæiske Bioinformatikinstitut via Wikimedia Commons)
Disse enzymer blev beskrevet af Yoshida et al. I 1883, da de studerede harpiksen på det japanske Rhus vernicifera-træ eller "lakketræ", hvor det blev bestemt, at deres vigtigste funktion var at katalysere polymerisations- og depolymerisationsreaktioner af forbindelser.
Meget senere blev det opdaget, at disse proteiner med enzymatisk aktivitet i svampe har specifikke funktioner i mekanismerne til fjernelse af giftige fenoler fra miljøet, hvor de vokser, mens de i planter er involveret i syntetiske processer såsom lignificering.
Videnskabelige fremskridt med hensyn til undersøgelsen af disse enzymer muliggjorde deres anvendelse på industrielt niveau, hvor deres katalytiske kapacitet er blevet brugt, især i sammenhænge med bioremediation, tekstiler, til fjernelse af farvestoffer anvendt på tekstiler, i papirindustrien, blandt andre.
De vigtigste grunde til, at lakaser er så interessante fra industrielt synspunkt, har at gøre med det faktum, at deres oxidationsreaktioner blot involverer reduktion af molekylært ilt og produktion af vand som et sekundært element.
egenskaber
Laccase-enzymer kan secerneres eller findes i det intracellulære område, men dette afhænger af den organisme, der undersøges. På trods af dette er de fleste af de analyserede enzymer (med undtagelse af nogle proteiner fra visse svampe og insekter) ekstracellulære proteiner.
Fordeling
Disse enzymer, som diskuteret ovenfor, findes overvejende i svampe, højere planter, bakterier og nogle insektarter.
Blandt de planter, hvor dens eksistens er blevet bevist, er æbletræer, asparges, kartofler, pærer, mango, ferskner, fyrretræer, blommer, blandt andre. Laccase-udtrykkende insekter hører hovedsageligt til slægterne Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius og andre.
Svampe er de organismer, hvorfra det største antal og variation af lakaser er blevet isoleret og undersøgt, og disse enzymer er til stede i både ascomycetes og deuteromycetes og basidiomycetes.
Katalyse
Reaktionen katalyseret af laccaser består af monoelektronisk oxidation af et substratmolekyle, der kan høre til gruppen af fenoler, aromatiske forbindelser eller alifatiske aminer, til dets tilsvarende reaktive radikal.
Resultatet af den katalytiske reaktion er reduktionen af et iltmolekyle til to vandmolekyler og oxidation på samme tid af fire substratmolekyler til frembringelse af fire reaktive frie radikaler.
Mellemliggende frie radikaler kan binde og danne dimerer, oligomerer eller polymerer, og det er grunden til, at laccaser siges at katalysere polymerisations- og "depolymerisations" -reaktioner.
Struktur
Laccaser er glycoproteiner, det vil sige de er proteiner, der har oligosaccharidrester, der er kovalent bundet til polypeptidkæden, og disse repræsenterer mellem 10 og 50% af molekylets samlede vægt (i plantenzymer kan procentdelen være lidt højere).
Carbohydratdelen af denne type protein indeholder monosaccharider såsom glucose, mannose, galactose, fucose, arabinose og nogle hexosaminer, og glycosylering menes at spille vigtige roller i sekretion, proteolytisk følsomhed, aktivitet, kobberretention og proteinets termiske stabilitet.
Disse enzymer findes generelt i naturen som monomerer eller homodimerer, og molekylvægten af hver monomer kan variere mellem 60 og 100 kDa.
Det katalytiske centrum for lakaser består af fire kobberatomer (Cu), der giver molekylet generelt en blå farve på grund af den elektroniske absorption, der finder sted i kobber-kobber (Cu-Cu) bindinger.
Grøntsagslaccaser har isoelektriske punkter med værdier tæt på 9 (ganske basale), mens svampenzymer er mellem isoelektriske punkter på 3 og 7 (så det er enzymer, der fungerer under sure betingelser).
isoenzymer
Mange laccase-producerende svampe har også laccase-isoformer, der kodes af det samme gen eller af forskellige gener. Disse isoenzymer adskiller sig hovedsageligt fra hinanden med hensyn til deres stabilitet, deres optimale pH og temperatur til katalysering og deres affinitet til forskellige typer substrat.
Under visse betingelser kan disse isoenzymer have forskellige fysiologiske funktioner, men dette afhænger af arten eller den tilstand, hvor den lever.
Funktioner
Nogle forskere har vist, at lakaser er involveret i "sklerotisering" af neglebåndet i insekter og samlingen af sporer, der er modstandsdygtige over for ultraviolet lys i mikroorganismer af slægten Bacillus.
I planter
I planteorganismer deltager lakaser i dannelsen af cellevæggen i processerne med lignificering og "delignificering" (tab eller opløsning af lignin); og endvidere har de været relateret til afgiftning af væv gennem oxidation af antifungale fenoler eller deaktivering af phytoalexiner.
I svampe
I denne gruppe af organismer, der er markant rigeligt i denne organisation, deltager lakaser i forskellige cellulære og fysiologiske processer. Blandt dem kan vi nævne beskyttelsen af de patogene svampe i tanninerne og de vegetabilske "fytoalexiner"; så det kan siges, at for svampe er disse enzymer virulensfaktorer.
Lakkasser spiller også en rolle i morfogenesen og differentieringen af basidiomycetes resistens og sporestrukturer såvel som i biologisk nedbrydning af lignin i svampe, der nedbryder væv fra træagtige plantearter.
På samme tid deltager lakaser i dannelsen af pigmenter i mycelier og frugtlegemer af mange svampe og bidrager til cellecelle-vedhæftningsprocesserne, i dannelsen af den polyfenoliske "lim", der binder hyfæerne, og i unddragelse. af immunsystemet hos værter inficeret med patogene svampe.
I branchen
Disse bestemte enzymer bruges industrielt til forskellige formål, men de mest fremragende svarer til tekstil- og papirindustrien og til bioremediering og dekontaminering af spildevand produceret ved andre industrielle processer.
Specifikt bruges disse enzymer ofte til oxidation af fenoler og deres derivater til stede i vand, der er kontamineret med industriaffald, hvis katalyseprodukter er uopløselige (polymeriserede) og bundfælder, hvilket gør dem let adskillelige.
I fødevareindustrien er de også af en vis betydning, da fjernelse af phenolforbindelser er nødvendig for stabilisering af drikkevarer, såsom vin, øl og naturlige juice.
De bruges i kosmetikindustrien, i den kemiske syntese af mange forbindelser, i jordbioremediering og i nanobiotechnology.
De mest anvendte er laccase fra svampe, men for nylig er det blevet konstateret, at bakterielacase har mere fremtrædende karakteristika fra industrielt synspunkt; De er i stand til at arbejde med en større variation af underlag og ved meget bredere temperatur- og pH-intervaller samt være meget mere stabile mod hæmmende midler.
Referencer
- Claus, H. (2004). Laccases: struktur, reaktioner, distribution. Micron, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Industrielle og bioteknologiske anvendelser af lakker: En gennemgang. Bioteknologiske fremskridt, 24, 500–513.
- Madhavi, V., & Lele, SS (2009). Laccase: egenskaber og applikationer. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Laccases: blå enzymer til grøn kemi. Trends in Biotechnology, 24 (5), 219–226.
- Singh, P., Bindi, C., & Arunika, G. (2017). Bakteriel laccase: nylig opdatering om produktion, egenskaber og industrielle applikationer. Biotech, 7 (323), 1–20.