A lakkázok, p- difenol: oxidoreduktázok, dioxigén-benzol-diol oxigén-oxidoreduktázok, vagy olyan enzimek, amelyek az enzimek csoportjába tartoznak, melyeket "kék réz-oxidázoknak" nevezünk.
Ezek magasabb növényekben, egyes rovarokban, baktériumokban és gyakorlatilag az összes vizsgált gombában megtalálhatók; jellegzetes kék színe négy rézatom terméke, amelyek a molekulahoz kapcsolódnak a katalitikus helyén.
A Laccase enzim molekuláris szerkezetének grafikus ábrázolása (Forrás: Jawahar Swaminathan és az MSD munkatársai az Európai Bioinformatikai Intézetben a Wikimedia Commons segítségével)
Ezeket az enzimeket Yoshida és munkatársai írták le 1883-ban, amikor a japán Rhus vernicifera fa vagy "lakkfa" gyantáját tanulmányozták, ahol megállapították, hogy fő funkciójuk a vegyületek polimerizációs és depolimerizációs reakcióinak katalizálása.
Sokkal később fedezték fel, hogy a gombákban ezek az enzimatikus aktivitású fehérjék specifikus funkcióval bírnak a toxikus fenolok eltávolításának mechanizmusaiból abban a környezetben, ahol növekszenek, míg a növényekben szintetikus folyamatokban, például élelmezésben vesznek részt.
Ezen enzimek tanulmányozása terén elért tudományos haladás lehetővé tette ezek ipari szintű felhasználását, ahol katalitikus képességüket felhasználták, különösen a bioremedikáció, a textil, a textilre alkalmazott festékek eltávolításának összefüggésében, a papíriparban mások.
A lakkázok ipari szempontból annyira érdekes okainak a fő oka, hogy oxidációs reakcióik pusztán a molekuláris oxigén redukcióját és a víz képződését képezik másodlagos elemként.
jellemzők
A lakk enzimek kiválaszthatók vagy megtalálhatók az intracelluláris régióban, de ez a vizsgált organizmustól függ. Ennek ellenére a vizsgált enzimek többsége (az egyes gombákból és rovarokból származó egyes fehérjék kivételével) extracelluláris fehérjék.
terjesztés
Ezek az enzimek, amint azt fentebb tárgyaltuk, elsősorban gombákban, magasabb növényekben, baktériumokban és néhány rovarfajban megtalálhatók.
A növények között, amelyek létezését bizonyították, többek között az almafák, a spárga, a burgonya, a körte, a mangó, az őszibarack, a fenyők, a szilva. A lakkot expresszáló rovarok elsősorban a Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius és mások nemzetségébe tartoznak.
A gombák azok a szervezetek, amelyekből a legtöbb lakkázt elkülönítették és tanulmányozták, és ezek az enzimek mind az ascomycetes, mind a deuteromycetes és a basidiomycetes esetében jelen vannak.
Katalízis
A lakkázok által katalizált reakció egy szubsztrát molekula monoelektronikus oxidációjából áll, amely a fenolok, aromás vegyületek vagy alifás aminok csoportjába tartozhat, és a megfelelő reaktív gyökökké változhat.
A katalitikus reakció eredménye egy oxigénmolekulának két vízmolekulává történő redukciója és egyidejűleg négy szubsztrátmolekula oxidálása négy reaktív szabadgyök előállítása céljából.
A közbenső szabad gyökök köthetnek és formálhatnak dimereket, oligomereket vagy polimereket, ezért állítják, hogy a lakkázok katalizálják a polimerizációt és "depolimerizációs" reakciókat.
Szerkezet
A laktázok glikoproteinek, azaz olyan fehérjék, amelyek oligoszacharid maradékai kovalensen kapcsolódnak a polipeptid lánchoz, és ezek a molekula teljes tömegének 10-50% -át teszik ki (növényi enzimekben ez a százalék lehet kissé nagyobb).
Az ilyen típusú fehérje szénhidrát része monoszacharidokat, például glükózt, mannózt, galaktózt, fukozt, arabinózt és néhány hexosamint tartalmaz, és a glikozilációról úgy gondolják, hogy fontos szerepet játszanak a szekrécióban, proteolitikus érzékenységben, aktivitásban, réz visszatartásban és a fehérje hőstabilitása.
Ezek az enzimek a természetben általában monomerek vagy homodimerek formájában találhatók meg, és az egyes monomerek molekulatömege 60 és 100 kDa között változhat.
A lakkázok katalitikus központját négy réz (Cu) atom alkotja, amelyek a molekula általában kék színűek a réz-réz (Cu-Cu) kötésekben zajló elektronikus abszorpciónak köszönhetően.
A növényi lakkázok izoelektromos pontjai közel 9 (meglehetősen bázikus) értékekkel rendelkeznek, míg a gombás enzimek az izoelektromos pontok 3 és 7 között vannak (tehát savas körülmények között működnek enzimek).
izoenzimek
Számos lakkázt termelő gombában lakkáz izoformák is vannak, amelyeket ugyanaz a gén vagy különböző gének kódolnak. Ezek az izoenzimek különböznek egymástól főként stabilitásuk, optimális pH-ja és hőmérséklete szempontjából a katalizáláshoz, valamint affinitásuk a különféle szubsztrátumokhoz.
Bizonyos körülmények között ezeknek az izoenzimeknek eltérő fiziológiás funkciója lehet, de ez függ a fajtól vagy annak állapotától, amelyben él.
Jellemzők
Egyes kutatók kimutatták, hogy a lakkázok részt vesznek a kutikula rovarokban "szklerotizálásában" és az ultraibolya fénynek ellenálló spórák összeállításában a Bacillus nemzetség mikroorganizmusaiban.
Növényekben
A növényi szervezetekben a lakkázok részt vesznek a sejtfal kialakulásában, a lignifikáció és a "deignifikáció" folyamatában (a lignin elvesztése vagy szétesése); és ezen kívül összefüggenek a szövetek méregtelenítésével gombaellenes fenolok oxidációjával vagy fitoalexinek deaktiválásával.
Gombaban
Jelentősen gazdag ebben a szervezetcsoportban, a lakkázok számos különféle sejtes és élettani folyamatban vesznek részt. Ezek közül megemlíthetjük a tanninok és a növényi „fitoalexinek” kórokozó gombáinak védelmét; tehát elmondható, hogy a gombák esetében ezek az enzimek virulencia faktorok.
A lakták szerepet játszanak a basidiomycetes morfogenezisében és a rezisztencia és spóraszerkezetek differenciálódásában, valamint a fás növényfajok szöveteit lebontó gombákban a lignin biodegradációjában is.
Ugyanakkor a lakkázok részt vesznek a pigmentek képződésében a gombák micéliumában és gyümölcstesteiben, és hozzájárulnak a sejt-sejt adhéziós folyamatokhoz, a hyphae-t megkötő polifenolos „ragasztó” kialakulásához és az adócsaláshoz. kórokozó gombákkal fertőzött gazdaszervezetek immunrendszere.
Az iparban
Ezeket az enzimeket ipari célokra különféle célokra használják, de a legkiemelkedőbbek a textil- és papíriparban, valamint az egyéb ipari folyamatok során keletkező szennyvíz bio-rehabilitációjában és szennyeződésmentesítésében találhatók.
Pontosabban, ezeket az enzimeket gyakran használják ipari hulladékokkal szennyezett vízben lévő fenolok és származékaik oxidálására, amelyek katalizációs termékei oldhatatlanok (polimerizálódnak) és kicsapódnak, ami könnyen elválaszthatóvá teszi őket.
Az élelmiszeriparban ezek szintén jelentéktelenek, mivel a fenolvegyületek eltávolítása szükséges az italok, például a bor, a sör és a természetes gyümölcslevek stabilizálásához.
A kozmetikai iparban, sok vegyület kémiai szintézisében, a talaj bio-rehabilitációjában és a nanobiotechnológiában használják.
A legelterjedtebbek a gombákból származó lakkáz, de a közelmúltban megállapították, hogy a bakteriális lakkáz ipari szempontból szembetűnőbb tulajdonságokkal rendelkezik; Képesek sokféle szubsztrátummal, sokkal szélesebb hőmérsékleti és pH-tartományban dolgozni, valamint sokkal stabilabbak a gátló szerekkel szemben.
Irodalom
- Claus, H. (2004). Lakák: szerkezet, reakciók, eloszlás. Micron, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J., és Herrera, T. (2006). A lakkázok ipari és biotechnológiai alkalmazása: áttekintés. Biotechnology Advances, 24, 500–513.
- Madhavi, V., és Lele, SS (2009). Lacca: tulajdonságok és alkalmazások. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., és Bianco, VM (2006). Lakák: kék enzimek a zöld kémia számára. Trends in Biotechnology, 24. (5), 219–226.
- Singh, P., Bindi, C. és Arunika, G. (2017). Bakteriális lakkáz: a termelés, a tulajdonságok és az ipari alkalmazások legújabb frissítése. Biotech, 7 (323), 1–20.