ЛАККЕЙСЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - НАУКА - 2025

Лакказы , P- дифенольного: оксидоредуктазы дикислорода-Бензолдиол кислород оксидоредуктаза , или, представляют собой ферменты , принадлежащие к группе ферментов , называемой оксидазой «синяя медь оксидаза».

Они существуют у высших растений, у некоторых насекомых, бактерий и практически у всех изученных грибов; его характерный синий цвет является результатом четырех атомов меди, прикрепленных к молекуле в ее каталитическом центре.

Графическое изображение молекулярной структуры фермента лакказы (Источник: Джавахар Сваминатан и сотрудники MSD Европейского института биоинформатики через Wikimedia Commons)

Эти ферменты были описаны Йошидой и др. В 1883 году, когда они изучали смолу японского дерева Rhus vernicifera или «лакового дерева», где было определено, что их основная функция заключалась в катализе реакций полимеризации и деполимеризации соединений.

Намного позже было обнаружено, что у грибов эти белки с ферментативной активностью выполняют специфические функции в механизмах удаления токсичных фенолов из окружающей среды, в которой они растут, тогда как у растений они участвуют в синтетических процессах, таких как лигнификация.

Научные достижения в изучении этих ферментов позволили их использовать на промышленном уровне, где их каталитическая способность использовалась, особенно в контексте биоремедиации, текстиля, удаления красителей, наносимых на текстиль, в бумажной промышленности, среди прочего. другие.

Основные причины, по которым лакказы так интересны с промышленной точки зрения, связаны с тем фактом, что их реакции окисления просто включают восстановление молекулярного кислорода и образование воды как вторичного элемента.

характеристики

Ферменты лакказы могут секретироваться или обнаруживаться во внутриклеточной области, но это зависит от исследуемого организма. Несмотря на это, большинство проанализированных ферментов (за исключением некоторых белков некоторых грибов и насекомых) являются внеклеточными белками.

распределение

Эти ферменты, как обсуждалось выше, преимущественно обнаруживаются в грибах, высших растениях, бактериях и некоторых видах насекомых.

Среди растений, где было продемонстрировано его существование, есть яблони, спаржа, картофель, груши, манго, персики, сосны, сливы и другие. Насекомые, экспрессирующие лакказу, относятся в основном к родам Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius и др.

Грибы - это организмы, из которых было выделено и изучено наибольшее количество и разнообразие лакказ, и эти ферменты присутствуют как в аскомицетах, так и в дейтеромицетах и ​​базидиомицетах.

катализ

Реакция, катализируемая лакказами, состоит из моноэлектронного окисления молекулы субстрата, которая может принадлежать к группе фенолов, ароматических соединений или алифатических аминов, до соответствующего реакционноспособного радикала.

Результатом каталитической реакции является восстановление одной молекулы кислорода до двух молекул воды и окисление, в то же время, четырех молекул субстрата с образованием четырех реактивных свободных радикалов.

Промежуточные свободные радикалы могут связываться и образовывать димеры, олигомеры или полимеры, поэтому говорят, что лакказы катализируют реакции полимеризации и «деполимеризации».

Структура

Лакказы - это гликопротеины, то есть белки, которые имеют олигосахаридные остатки, ковалентно связанные с полипептидной цепью, и они составляют от 10 до 50% от общей массы молекулы (в растительных ферментах процент может быть немного выше) ,

Углеводная часть этого типа белка содержит моносахариды, такие как глюкоза, манноза, галактоза, фукоза, арабиноза и некоторые гексозамины, и считается, что гликозилирование играет важную роль в секреции, протеолитической восприимчивости, активности, удерживании меди и термостабильность белка.

Эти ферменты обычно встречаются в природе в виде мономеров или гомодимеров, и молекулярная масса каждого мономера может варьироваться от 60 до 100 кДа.

Каталитический центр лакказ состоит из четырех атомов меди (Cu), которые в целом придают молекуле синий цвет из-за электронного поглощения, которое происходит в связях медь-медь (Cu-Cu).

Растительные лакказы имеют изоэлектрические точки со значениями, близкими к 9 (довольно основные), в то время как грибковые ферменты находятся между изоэлектрическими точками от 3 до 7 (поэтому они являются ферментами, которые работают в кислых условиях).

изоферментов

Многие грибы-продуценты лакказы также имеют изоформы лакказы, которые кодируются одним и тем же геном или разными генами. Эти изоферменты отличаются друг от друга, главным образом, с точки зрения их стабильности, их оптимального pH и температуры для катализа, а также их сродства к различным типам субстратов.

В определенных условиях эти изоферменты могут выполнять разные физиологические функции, но это зависит от вида или условий, в которых он живет.

Характеристики

Некоторые исследователи показали, что лакказы участвуют в «склеротизации» кутикулы у насекомых и в сборке спор, устойчивых к ультрафиолетовому свету, у микроорганизмов рода Bacillus.

В растениях

В растительных организмах лакказы участвуют в формировании клеточной стенки, в процессах лигнификации и «делигнификации» (потеря или распад лигнина); и, кроме того, они были связаны с детоксикацией тканей путем окисления противогрибковых фенолов или дезактивации фитоалексинов.

В грибах

В значительном количестве в этой группе организмов лакказы участвуют во множестве клеточных и физиологических процессов. Среди них можно упомянуть защиту от патогенных грибов танинами и растительными «фитоалексинами»; Таким образом, можно сказать, что для грибов эти ферменты являются факторами вирулентности.

Лакказы также выполняют функции в морфогенезе и дифференцировке структур устойчивости и спор базидиомицетов, а также в биодеградации лигнина в грибах, которые разрушают ткани древесных видов растений.

В то же время лакказы участвуют в образовании пигментов в мицелиях и плодовых телах многих грибов и вносят вклад в процессы межклеточной адгезии, в образовании полифенольного «клея», связывающего гифы, и в уклонении от них. иммунной системы хозяев, инфицированных патогенными грибами.

В индустрии

Эти особые ферменты используются в промышленности для различных целей, но наиболее выдающиеся из них относятся к текстильной и бумажной промышленности, а также к биоремедиации и обеззараживанию сточных вод, образующихся в других промышленных процессах.

В частности, эти ферменты часто используются для окисления фенолов и их производных, присутствующих в воде, загрязненной промышленными отходами, продукты катализа которых нерастворимы (полимеризуются) и осаждаются, что делает их легко разделяемыми.

В пищевой промышленности они также имеют определенное значение, поскольку удаление фенольных соединений необходимо для стабилизации напитков, таких как вино, пиво и натуральные соки.

Они используются в косметической промышленности, в химическом синтезе многих соединений, в биоремедиации почвы и в нанобиотехнологиях.

Наиболее широко используются лакказа из грибов, но недавно было установлено, что бактериальная лакказа имеет более заметные характеристики с промышленной точки зрения; Они способны работать с большим разнообразием субстратов и в гораздо более широких диапазонах температуры и pH, а также быть намного более устойчивыми к ингибиторам.

Ссылки

1. Клаус, Х. (2004). Лаккасы: строение, реакции, распределение. Микрон, 35, 93–96.
2. Коуту, С. Р., Луис, Дж., И Эррера, Т. (2006). Промышленное и биотехнологическое применение лаккасов: обзор. Успехи биотехнологии, 24, 500–513.
3. Мадхави В. и Леле СС (2009). Лакказ: свойства и применение. Биоресурсы, 4 (4), 1694–1717.
4. Рива, С., Молеколаре, Р., и Бьянко, В.М. (2006). Лакказы: синие ферменты для зеленой химии. Тенденции в биотехнологии, 24 (5), 219–226.
5. Сингх П., Бинди С. и Аруника Г. (2017). Бактериальная лакказа: последние данные о производстве, свойствах и промышленном применении. Биотех, 7 (323), 1–20.