De lackaser , p- difenol: oxidoreduktaser dioxygen-bensendiol syre oxidoreduktaser , eller, är enzymer som tillhör gruppen av enzymer som kallas oxidaser "blå koppar oxidaser".
De finns i högre växter, i vissa insekter, i bakterier och i praktiskt taget alla svampar som har studerats; dess karakteristiska blå färg är produkten av fyra kopparatomer fästa till molekylen på dess katalytiska ställe.
Grafisk representation av molekylstrukturen för ett Laccase-enzym (Källa: Jawahar Swaminathan och MSD-personal vid European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)
Dessa enzymer beskrivs av Yoshida et al. 1883, när man studerade hartset av Rhus vernicifera-trädet eller det japanska "lackträdet", där det fastställdes att deras huvudsakliga funktion var att katalysera polymerisations- och depolymerisationsreaktioner av föreningar.
Mycket senare upptäcktes att i svampar har dessa proteiner med enzymatisk aktivitet specifika funktioner i mekanismerna för att avlägsna giftiga fenoler från miljön där de växer, medan de i växter är involverade i syntetiska processer som lignifiering.
Vetenskapliga framsteg beträffande studien av dessa enzymer tillät deras användning på industriell nivå, där deras katalytiska förmåga har använts, särskilt i sammanhanget med bioremediering, textilier, för avlägsnande av färgämnen applicerade på textilier, inom pappersindustrin, bland andra.
De främsta orsakerna till att laccaser är så intressanta ur industriell synvinkel har att göra med det faktum att deras oxidationsreaktioner helt enkelt innebär minskning av molekylärt syre och produktion av vatten som ett sekundärt element.
egenskaper
Laccas-enzymer kan utsöndras eller hittas i den intracellulära regionen, men detta beror på organismen som studeras. Trots detta är de flesta analyserade enzymer (med undantag av vissa proteiner från vissa svampar och insekter) extracellulära proteiner.
Distribution
Dessa enzymer, som diskuterats ovan, finns främst i svampar, högre växter, bakterier och vissa insektsarter.
Bland de växter där dess existens har visats finns äppelträd, sparris, potatis, päron, mango, persikor, tallar, plommon, bland andra. Laccasuttryckande insekter tillhör huvudsakligen släkten Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius och andra.
Svampar är de organismer från vilka det största antalet och variationen av laccaser har isolerats och studerats, och dessa enzymer finns i både ascomycetes och deuteromycetes och basidiomycetes.
Katalys
Reaktionen katalyserad av laccaser består av monoelektronisk oxidation av en substratmolekyl, som kan tillhöra gruppen fenoler, aromatiska föreningar eller alifatiska aminer, till dess motsvarande reaktiva radikal.
Resultatet av den katalytiska reaktionen är reduktionen av en syrgasmolekyl till två vattenmolekyler och oxidationen, samtidigt, av fyra substratmolekyler för att producera fyra reaktiva fria radikaler.
Mellanfria radikaler kan binda och bilda dimerer, oligomerer eller polymerer, varför laccaser sägs katalysera polymerisations- och "depolymerisations" -reaktioner.
Strukturera
Laccaser är glykoproteiner, det vill säga de är proteiner som har oligosackaridrester kovalent kopplade till polypeptidkedjan, och dessa representerar mellan 10 och 50% av molekylens totala vikt (i växtenszymer kan procentandelen vara lite högre) .
Kolhydratdelen av denna typ av protein innehåller monosackarider såsom glukos, mannos, galaktos, fukos, arabinos, och vissa hexosaminer, och glykosylering tros spela viktiga roller i utsöndring, proteolytisk känslighet, aktivitet, kopparretention och proteinets termiska stabilitet.
Dessa enzymer finns i allmänhet i naturen som monomerer eller homodimerer, och molekylvikten för varje monomer kan variera mellan 60 och 100 kDa.
Det katalytiska mitten för laxaser består av fyra kopparatomer (Cu), vilket ger molekylen i allmänhet en blå färg på grund av den elektroniska absorptionen som sker i koppar-koppar (Cu-Cu) -bindningarna.
Vegetabiliska laccaser har isoelektriska punkter med värden nära 9 (ganska grundläggande), medan svampenzymer är mellan isoelektriska punkter på 3 och 7 (så det är enzymer som fungerar under sura förhållanden).
isoenzymer
Många laccas-producerande svampar har också laccas-isoformer, som kodas av samma gen eller av olika gener. Dessa isoenzymer skiljer sig från varandra huvudsakligen när det gäller deras stabilitet, deras optimala pH och temperatur för katalysering och deras affinitet för olika typer av substrat.
Under vissa förhållanden kan dessa isoenzymer ha olika fysiologiska funktioner, men detta beror på arten eller tillståndet i vilket det lever.
Funktioner
Vissa forskare har visat att laccaser är involverade i "sklerotisering" av nagelbanden i insekter och sammansättningen av sporer som är resistenta mot ultraviolett ljus i mikroorganismer av släktet Bacillus.
I växter
I växtorganismer deltar laccaser i bildandet av cellväggen, i processerna för lignificering och "delignifiering" (förlust eller sönderdelning av lignin); och dessutom har de varit relaterade till avgiftning av vävnader genom oxidation av svampdämpande fenoler eller deaktivering av fytoalexiner.
I svamp
Lackaser som är betydande i denna grupp av organismer deltar i olika cellulära och fysiologiska processer. Bland dem kan vi nämna skyddet av de patogena svamparna i tanninerna och de vegetala "fytoalexinerna"; så det kan sägas att för svampar är dessa enzymer virulensfaktorer.
Lackaser spelar också en roll i morfogenesen och differentieringen av resistens och sporestrukturer hos basidiomyceter, såväl som i biologisk nedbrytning av lignin i svampar som bryter ned vävnader från träartade växtarter.
Samtidigt deltar laccaser i bildandet av pigment i mycelier och fruktkroppar hos många svampar och bidrar till cellcellhäftningsprocesser, i bildandet av det polyfenoliska "limet" som binder hyfer och i undvikande. av immunsystemet hos värdar infekterade med patogena svampar.
Inom industrin
Dessa speciella enzymer används industriellt för olika ändamål, men de mest enastående motsvarar textil- och pappersindustrin och bioremediering och sanering av avloppsvatten som produceras av andra industriella processer.
Specifikt används dessa enzymer ofta för oxidation av fenoler och derivat därav i vatten förorenat med industriavfall, vars katalyseprodukter är olösliga (polymeriserade) och fällning, vilket gör dem lätt separerbara.
Inom livsmedelsindustrin har de också en viss betydelse eftersom borttagandet av fenolföreningar är nödvändigt för stabilisering av drycker som vin, öl och naturliga juice.
De används i kosmetikaindustrin, i kemisk syntes av många föreningar, i jordbioremediering och i nanobiotechnology.
De mest använda är laccas från svampar, men nyligen har det fastställts att bakteriell laccas har mer framträdande egenskaper ur industriell synvinkel; De kan arbeta med en större mängd substrat och vid mycket bredare temperatur- och pH-intervall, samt vara mycket mer stabila mot hämmande medel.
referenser
- Claus, H. (2004). Lackaser: struktur, reaktioner, distribution. Micron, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Industriella och biotekniska tillämpningar av laccaser: En översyn. Biotechnology Advances, 24, 500–513.
- Madhavi, V., & Lele, SS (2009). Laccase: egenskaper och applikationer. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Lackaser: blå enzymer för grön kemi. Trends in Biotechnology, 24 (5), 219–226.
- Singh, P., Bindi, C., & Arunika, G. (2017). Bakteriell laccas: nylig uppdatering av produktion, egenskaper och industriella applikationer. Biotech, 7 (323), 1–20.