Laccases , p- diphenol: oxidoreductases dioxygen-benzoldiols skābekļa oxidoreductases , vai, ir fermenti, kas pieder pie grupas fermentu, ko sauc par Oxidases "zils vara Oxidases".
Tie pastāv augstākajos augos, dažos kukaiņos, baktērijās un praktiski visās pētītajās sēnēs; tai raksturīgā zilā krāsa ir četru vara atomu produkts, kas piestiprināti molekulai tās katalītiskajā vietā.
Laccase fermenta molekulārās struktūras grafisks attēlojums (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā, izmantojot Wikimedia Commons)
Šos fermentus aprakstīja Yoshida et al., 1883. gadā, kad viņi pētīja Japānas Rhus vernicifera koka vai "laku koka" sveķus, kur tika noteikts, ka to galvenā funkcija ir katalizēt savienojumu polimerizācijas un depolimerizācijas reakcijas.
Daudz vēlāk tika atklāts, ka sēnītēs šiem proteīniem ar fermentatīvu aktivitāti ir īpašas funkcijas toksisko fenolu izvadīšanas mehānismos no apkārtējās vides, kurā tie aug, savukārt augos tie ir iesaistīti sintētiskos procesos, piemēram, lignifikācijā.
Zinātniskie sasniegumi šo fermentu izpētē ļāva tos izmantot rūpnieciskā līmenī, kur tika izmantota to katalītiskā spēja, īpaši bioremedicācijas kontekstā, tekstilizstrādājumos, tekstilizstrādājumu krāsvielu noņemšanā, papīra rūpniecībā, citi.
Galvenie iemesli, kāpēc lakāzes ir tik interesantas no rūpnieciskā viedokļa, ir saistītas ar faktu, ka to oksidācijas reakcijas vienkārši ietver molekulārā skābekļa samazināšanu un ūdens kā sekundārā elementa ražošanu.
raksturojums
Lakas enzīmus var izdalīt vai atrast intracelulārā reģionā, bet tas ir atkarīgs no pētāmā organisma. Neskatoties uz to, vairums analizēto enzīmu (izņemot dažus olbaltumvielas no noteiktām sēnēm un kukaiņiem) ir ārpusšūnu olbaltumvielas.
Izplatīšana
Šie fermenti, kā apspriests iepriekš, pārsvarā atrodas sēnēs, augstākajos augos, baktērijās un dažās kukaiņu sugās.
Starp augiem, kur ir pierādīta tā esamība, cita starpā, ir ābeles, sparģeļi, kartupeļi, bumbieri, mango, persiki, priedes, plūmes. Lāčus ekspresējošie kukaiņi galvenokārt pieder Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius un citām ģintīm.
Sēnītes ir organismi, no kuriem ir izdalīts un pētīts vislielākais lakāžu skaits un daudzveidība, un šie fermenti atrodas gan askomicetos, gan deuteromicītos un bazidiomicetos.
Katalīze
Lakāžu katalizētā reakcija sastāv no substrāta molekulas, kas var piederēt fenolu, aromātisko savienojumu vai alifātisko amīnu grupai, monoelektroniskas oksidācijas uz atbilstošo reaktīvo radikāli.
Katalītiskās reakcijas rezultāts ir vienas skābekļa molekulas reducēšana uz divām ūdens molekulām un vienlaikus četru substrāta molekulu oksidēšana, lai iegūtu četrus reaktīvos brīvos radikāļus.
Starpbrīvie brīvie radikāļi var saistīties un veidot dimērus, oligomērus vai polimērus, tādējādi tiek sacīts, ka laktāzes katalizē polimerizācijas un "depolimerizācijas" reakcijas.
Uzbūve
Lakas ir glikoproteīni, tas ir, tie ir proteīni, kuriem oligosaharīdu atlikumi ir kovalenti saistīti ar polipeptīdu ķēdi, un tie veido no 10 līdz 50% no kopējās molekulas masas (augu fermentos procents var būt nedaudz lielāks) .
Šāda veida olbaltumvielu ogļhidrātu daļa satur monosaharīdus, piemēram, glikozi, mannozi, galaktozi, fukozi, arabinozi un dažus heksozamīnus, un tiek uzskatīts, ka glikozilācijai ir svarīga loma sekrēcijas, proteolītiskās jutības, aktivitātes, vara aizturi un olbaltumvielu termiskā stabilitāte.
Šie fermenti dabā parasti ir sastopami kā monomēri vai homodimēri, un katra monomēra molekulmasa var mainīties no 60 līdz 100 kDa.
Lakāžu katalītisko centru veido četri vara (Cu) atomi, kas piešķir molekulai zilu krāsu elektroniskās absorbcijas dēļ, kas notiek vara-vara (Cu-Cu) saitēs.
Dārzeņu lakāzēm ir izoelektriski punkti ar vērtībām tuvu 9 (diezgan pamata), savukārt sēnīšu enzīmi ir starp izoelektriskiem punktiem no 3 līdz 7 (tātad tie ir fermenti, kas darbojas skābos apstākļos).
Izoenzīmi
Daudzām lakāzi ražojošām sēnēm ir arī laktāzes izoformas, kuras kodē viens un tas pats gēns vai dažādi gēni. Šie izoenzīmi viens no otra atšķiras galvenokārt ar stabilitāti, optimālo pH un temperatūru katalizēšanai un afinitāti pret dažāda veida substrātiem.
Noteiktos apstākļos šiem izoenzīmiem var būt dažādas fizioloģiskās funkcijas, bet tas ir atkarīgs no sugas vai stāvokļa, kurā tas dzīvo.
Iespējas
Daži pētnieki ir parādījuši, ka laktāzes ir iesaistītas kutikulas "sklerotizācijā" kukaiņos un spoļu, kas izturīgas pret ultravioleto gaismu, montāžā Bacillus ģints mikroorganismos.
Augos
Augu organismos laktāzes piedalās šūnu sienas veidošanā, lignifikācijas un "delignifikācijas" procesos (lignīna pazušana vai sadalīšanās); un turklāt tie ir bijuši saistīti ar audu detoksikāciju, izmantojot oksidējot pretsēnīšu fenolus, vai fitoalexīnu dezaktivāciju.
Sēnēs
Ievērojami bagātīgi šajā organismu grupā laktāzes piedalās dažādos šūnu un fizioloģiskos procesos. Starp tiem mēs varam minēt tanīnu patogēnu sēnīšu un augu “fitoeleksīnu” aizsardzību; tāpēc var teikt, ka sēnītēm šie fermenti ir virulences faktori.
Lakām ir arī funkcijas bazidiomycetes rezistences un sporu struktūras morfoģenēzē un diferenciācijā, kā arī lignīna bioloģiskā sadalīšanās sēnēs, kas noārda kokaugu sugu audus.
Tajā pašā laikā lakāzes piedalās pigmentu veidošanā micēlijā un daudzu sēņu augļu ķermeņos un veicina šūnu-šūnu adhēzijas procesus, veidojot polifenolisko “līmi”, kas saista hyphae, un izvairīšanos. ar patogēnām sēnēm inficētu saimnieku imūnsistēmu.
Rūpniecībā
Šos īpašos fermentus rūpnieciski izmanto dažādiem mērķiem, bet izcilākie ir tekstila un papīra rūpniecībā, kā arī citu rūpniecisko procesu rezultātā radušos notekūdeņu bioloģiskajā atjaunošanā un attīrīšanā.
Konkrēti, šos fermentus bieži izmanto fenolu un to atvasinājumu oksidēšanai ūdenī, kas piesārņots ar rūpnieciskiem atkritumiem, kuru katalīzes produkti nešķīst (polimerizējas) un izgulsnējas, kas padara tos viegli atdalāmus.
Pārtikas rūpniecībā tiem ir arī zināma nozīme, jo fenola savienojumu noņemšana ir nepieciešama, lai stabilizētu dzērienus, piemēram, vīnu, alu un dabiskās sulas.
Tos izmanto kosmētikas rūpniecībā, daudzu savienojumu ķīmiskajā sintēzē, augsnes bioloģiskajā atjaunošanā un nanobiotehnoloģijās.
Visizplatītākā ir sēņu lakāze, taču nesen tika noteikts, ka baktēriju laktāzei no rūpniecības viedokļa ir ievērojamākas īpašības; Tie ir spējīgi strādāt ar lielāku dažādu substrātu klāstu un daudz plašākā temperatūras un pH diapazonā, kā arī ir daudz stabilāki pret inhibitoriem.
Atsauces
- Klauss, H. (2004). Lakas: struktūra, reakcijas, sadalījums. Mikrons, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Lakāžu rūpnieciski un biotehnoloģiski lietojumi: pārskats. Biotechnology Advances, 24, 500–513.
- Madhavi, V., & Lele, SS (2009). Lakas: īpašības un pielietojums. Bioresursi, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Lakas: zilie fermenti zaļajai ķīmijai. Tendences biotehnoloģijā, 24. (5), 219. – 226.
- Singh, P., Bindi, C., & Arunika, G. (2017). Baktēriju laktāze: jaunākie dati par ražošanu, īpašībām un rūpniecisko pielietojumu. Biotech, 7 (323), 1–20.