Lakkaasit, p-difenoliin: oksidoreduktaasit dihappili--bentseenidioli happi oksidoreduktaaseja, tai, ovat entsyymejä, jotka kuuluvat ryhmään entsyymejä, joita kutsutaan oksidaasit "sininen kupari oksidaasit".
Niitä esiintyy korkeammissa kasveissa, joissakin hyönteisissä, bakteereissa ja käytännössä kaikissa tutkituissa sienissä; sen ominainen sininen väri on tuote, joka muodostuu neljästä kupariatomista, jotka ovat kiinnittyneet molekyyliin sen katalyyttisessä paikassa.
Graafinen esitys Laccase-entsyymin molekyylirakenteesta (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa Wikimedia Commonsin kautta)
Yoshida ym. Kuvasivat näitä entsyymejä vuonna 1883 tutkiessaan japanilaisen Rhus vernicifera -puun tai "lakkapuun" hartsia, jossa määritettiin, että niiden päätehtävänä oli katalysoida yhdisteiden polymerointi- ja depolymerointireaktioita.
Paljon myöhemmin havaittiin, että sienissä näillä proteiineilla, joilla on entsymaattista aktiivisuutta, on spesifisiä tehtäviä myrkyllisten fenolien poistamisessa mekanismeista, joissa ne kasvavat, kun taas kasveissa ne ovat mukana synteettisissä prosesseissa, kuten ligoinnissa.
Tieteellinen edistyminen näiden entsyymien tutkimisessa mahdollisti niiden käytön teollisella tasolla, jossa niiden katalyyttistä kykyä on käytetty, etenkin bioremedikaation yhteydessä, tekstiileissä, tekstiileille levitettyjen väriaineiden poistamisessa, paperiteollisuudessa toiset.
Tärkeimmät syyt, miksi lakkaasit ovat niin mielenkiintoisia teollisuuden kannalta, liittyvät tosiasiaan, että niiden hapetusreaktioihin sisältyy yksinkertaisesti molekyylin hapen vähentäminen ja veden tuottaminen sekundaarisena elementtinä.
ominaisuudet
Lakkaentsyymit voidaan erittää tai löytää solunsisäiseltä alueelta, mutta tämä riippuu tutkittavasta organismista. Tästä huolimatta suurin osa analysoiduista entsyymeistä (lukuun ottamatta joitain tiettyjen sienten ja hyönteisten proteiineja) on solunulkoisia proteiineja.
jakelu
Nämä entsyymit, kuten edellä käsiteltiin, löytyvät pääasiassa sienistä, korkeammista kasveista, bakteereista ja joistakin hyönteislajeista.
Niiden kasvien joukossa, joiden olemassaolo on todistettu, ovat muun muassa omenapuut, parsa, perunat, päärynät, mangot, persikat, mänty, luumu. Lakassa ilmentyvät hyönteiset kuuluvat pääasiassa sukuihin Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius ja muut.
Sienet ovat organismeja, joista on eristetty ja tutkittu eniten lakkaaseja ja erilaisia lajikkeita, ja näitä entsyymejä on läsnä sekä askomyytteissä että deuteromyketeissä ja basidiomyceteissä.
katalyysi
Lakkaasien katalysoima reaktio koostuu substraattimolekyylin, joka voi kuulua fenolien, aromaattisten yhdisteiden tai alifaattisten amiinien ryhmään, monoelektronisesta hapetuksesta vastaavaan reaktiiviseen radikaaliin.
Katalyyttisen reaktion tulos on yhden happimolekyylin pelkistys kahteen vesimolekyyliin ja neljän substraattimolekyylin hapetus samanaikaisesti neljän reaktiivisen vapaan radikaalin tuottamiseksi.
Välituotevapaat radikaalit voivat sitoutua ja muodostaa dimeerejä, oligomeerejä tai polymeerejä, minkä vuoksi lakkaasien sanotaan katalysoivan polymerointi- ja "depolymerointi" -reaktioita.
Rakenne
Lakkaasit ovat glykoproteiineja, ts. Ne ovat proteiineja, joissa on oligosakkariditähteitä, jotka on kovalenttisesti kytketty polypeptidiketjuun, ja nämä edustavat 10-50% molekyylin kokonaispainosta (kasvientsyymeissä prosentuaalinen osuus voi olla hiukan korkeampi).
Tämän tyyppisen proteiinin hiilihydraattiosuus sisältää monosakkarideja, kuten glukoosia, mannoosia, galaktoosia, fukoosia, arabinoosia ja joitain heksosamineja, ja glykosylaatiolla uskotaan olevan tärkeä rooli erityksessä, proteolyyttisessä herkkyydessä, aktiivisuudessa, kuparin pidättämisessä ja proteiinin lämpöstabiilisuus.
Nämä entsyymit ovat yleensä luonnossa monomeereinä tai homodimeereinä ja kunkin monomeerin molekyylipaino voi vaihdella välillä 60 - 100 kDa.
Lakkaasien katalyyttinen keskus koostuu neljästä kupari (Cu) -atomista, jotka antavat molekyylin yleensä siniselle väri johtuen elektronisesta absorptiosta, joka tapahtuu kupari-kupari (Cu-Cu) -sidoksissa.
Kasvislakkaaseissa on isoelektrisiä pisteitä, joiden arvot ovat lähellä 9 (melko emäksisiä), kun taas sieni-entsyymit ovat isoelektristen pisteiden välillä 3 - 7 (joten ne ovat entsyymejä, jotka toimivat happamissa olosuhteissa).
isoentsyymit
Monilla lakkaasia tuottavilla sienillä on myös lakkaasi-isoformeja, joita koodaa sama geeni tai eri geenit. Nämä isoentsyymit eroavat toisistaan lähinnä stabiiliuden, optimaalisen pH: n ja lämpötilansa katalyysiä varten ja affiniteetin suhteen erityyppisiin substraatteihin.
Tietyissä olosuhteissa näillä isoentsyymeillä voi olla erilaisia fysiologisia toimintoja, mutta tämä riippuu lajista tai tilasta, jossa se elää.
ominaisuudet
Jotkut tutkijat ovat osoittaneet, että lakkaasit osallistuvat kynsinauhan "sklerotisointiin" hyönteisissä ja ultraviolettivaloa kestävien itiöiden kokoamiseen Bacillus-suvun mikro-organismeissa.
Kasveissa
Kasviorganismeissa lakkaasit osallistuvat soluseinämän muodostumiseen, ligni- toitumis- ja "delignifikaatioprosesseihin" (ligniinin häviäminen tai hajoaminen); ja lisäksi ne ovat olleet yhteydessä kudosten detoksifiointiin hapettamalla antifungaalisia fenoleja tai fytoaleksiinien deaktivoinnilla.
Sienissä
Lakkaasit ovat merkittävästi runsaasti tässä organismiryhmässä, ja ne osallistuvat moniin solu- ja fysiologisiin prosesseihin. Niistä voidaan mainita tanniinien ja kasvisten "fytoaleksiinien" patogeenisten sienien suojaaminen; joten voidaan sanoa, että sienten tapauksessa nämä entsyymit ovat virulenssitekijöitä.
Lakasilla on myös merkitystä basidiomykeettien morfogeneesissä ja resistenssin ja itiöiden rakenteiden erilaistumisessa, samoin kuin ligniinin biohajoamisessa sienissä, jotka hajottavat puumaisten kasvilajien kudoksia.
Samanaikaisesti lakkaasit osallistuvat pigmenttien muodostumiseen monien sienten sienirihmassa ja hedelmäkappaleissa ja myötävaikuttavat solu-solujen tarttumisprosesseihin, hyfaeja sitovan polyfenolisen ”liiman” muodostumiseen ja verisuonten välttymiseen. patogeenisillä sienillä infektoituneiden isäntien immuunijärjestelmä.
Teollisuudessa
Näitä entsyymejä käytetään teollisesti erilaisiin tarkoituksiin, mutta merkittävimmät vastaavat tekstiili- ja paperiteollisuutta sekä muilla teollisilla prosesseilla tuotetun jäteveden biologista puhdistamista ja puhdistamista.
Erityisesti näitä entsyymejä käytetään usein fenolien ja niiden johdannaisten hapettumiseen vedessä, joka on saastunut teollisuusjätteillä, joiden katalyyttituotteet ovat liukenemattomia (polymeroituneet) ja saostuneet, mikä tekee niistä helposti erotettavissa olevia.
Elintarviketeollisuudessa niillä on myös joitain merkityksiä, koska fenoliyhdisteiden poistaminen on välttämätöntä juomien, kuten viinin, oluen ja luonnollisten mehujen, stabiloimiseksi.
Niitä käytetään kosmetiikkateollisuudessa, monien yhdisteiden kemiallisessa synteesissä, maaperän bioremediaatiossa ja nanobiotekniikassa.
Yleisimmin käytetään sienten lakkaasia, mutta viime aikoina on todettu, että bakteerilakkaasilla on näkyvämpiä ominaisuuksia teollisuudessa; Ne kykenevät työskentelemään suurempien substraattien kanssa ja paljon laajemmilla lämpötila- ja pH-alueilla, samoin kuin ovat paljon stabiilempia estäviä aineita vastaan.
Viitteet
- Claus, H. (2004). Lakkat: rakenne, reaktiot, jakautuminen. Micron, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Lakkaasien teolliset ja bioteknologiset sovellukset: Katsaus. Biotechnology Advances, 24, 500–513.
- Madhavi, V., ja Lele, SS (2009). Lakka: ominaisuudet ja sovellukset. Biovarat, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., ja Bianco, VM (2006). Lakkat: siniset entsyymit vihreään kemiaan. Biotekniikan suuntaukset, 24 (5), 219–226.
- Singh, P., Bindi, C., ja Arunika, G. (2017). Bakteerilakkaasi: tuore päivitys tuotantoon, ominaisuuksiin ja teollisiin sovelluksiin. Biotech, 7 (323), 1–20.