LAKAI: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS - MOKSLAS - 2025

Pateikti laccases , p-, difenolį: oksidoreduktazių dioksigenilo-benzendiolas deguonies oksidoreduktazių , arba, fermentai, priklausančių su fermentų grupei, kuri vadinama "oksidazės, mėlyna vario Oxidases".

Jų yra aukštesniuose augaluose, kai kuriuose vabzdžiuose, bakterijose ir praktiškai visuose grybuose, kurie buvo tirti; būdinga mėlyna spalva yra keturių vario atomų, prijungtų prie molekulės jos katalizinėje vietoje, produktas.

Laccase fermento molekulinės struktūros grafinis vaizdas (Šaltinis: Jawahar Swaminathan ir MSD darbuotojai Europos bioinformatikos institute per „Wikimedia Commons“)

Šiuos fermentus aprašė Yoshida ir kt., 1883 m. Ištyrę japonų Rhus vernicifera medžio arba „lako medžio“ dervą, kai buvo nustatyta, kad jų pagrindinė funkcija yra katalizuoti junginių polimerizacijos ir depolimerizacijos reakcijas.

Daug vėliau buvo išsiaiškinta, kad grybuose šie baltymai, turintys fermentinį aktyvumą, atlieka specifines funkcijas nuodingų fenolių pašalinimo iš aplinkos, kurioje jie auga, mechanizmuose, tuo tarpu augaluose jie dalyvauja sintetiniuose procesuose, tokiuose kaip lignifikacija.

Mokslinė pažanga tiriant šiuos fermentus leido juos naudoti pramoniniu lygiu, kai buvo panaudotas jų katalizinis pajėgumas, ypač atliekant biologinį pakartotinį valymą, tekstilę, pašalinant tekstilės dažus, popieriaus pramonėje, tarp jų. kiti.

Pagrindinės priežastys, kodėl lakazės yra tokios įdomios pramoniniu požiūriu, yra susijusios su tuo, kad jų oksidacijos reakcijos paprasčiausiai reiškia molekulinio deguonies sumažinimą ir vandens, kaip antrinio elemento, gamybą.

charakteristikos

Lakos fermentai gali būti išskiriami arba randami tarpląsteliniame regione, tačiau tai priklauso nuo tiriamo organizmo. Nepaisant to, dauguma tirtų fermentų (išskyrus kai kuriuos baltymus iš tam tikrų grybų ir vabzdžių) yra tarpląsteliniai baltymai.

Paskirstymas

Šie fermentai, kaip aptarta aukščiau, daugiausia randami grybuose, aukštesniuose augaluose, bakterijose ir kai kuriose vabzdžių rūšyse.

Tarp augalų, kuriuose įrodytas jo egzistavimas, yra obelys, šparagai, bulvės, kriaušės, mangai, persikai, pušys, slyvos ir kt. Laką ekspresuojantys vabzdžiai daugiausia priklauso Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius ir kt.

Grybai yra organizmai, iš kurių buvo išskirtas ir ištirtas didžiausias lakazių skaičius ir įvairovė, ir šių fermentų yra tiek askomicetuose, tiek deuteromicetuose ir bazidiomicetuose.

Katalizė

Lakcazių katalizuojama reakcija susideda iš substrato molekulės, kuri gali priklausyti fenolių, aromatinių junginių ar alifatinių aminų grupei, monoelektroninės oksidacijos į atitinkamą reaktyvųjį radikalą.

Katalitinės reakcijos rezultatas yra vienos deguonies molekulės redukcija į dvi vandens molekules ir keturių substrato molekulių oksidacija tuo pačiu metu, kad būtų gauti keturi reaktyvieji laisvieji radikalai.

Tarpiniai laisvieji radikalai gali surišti ir sudaryti dimerius, oligomerus ar polimerus, todėl sakoma, kad lakazės katalizuoja polimerizacijos ir „depolimerizacijos“ reakcijas.

Struktūra

Lakos yra glikoproteinai, tai yra, jie yra baltymai, turintys oligosacharidų liekanas, kovalentiškai sujungtas su polipeptido grandine, ir jie sudaro nuo 10 iki 50% visos molekulės masės (augaliniuose fermentuose procentas gali būti šiek tiek didesnis). .

Šio tipo baltymų angliavandenių porcijoje yra monosacharidų, tokių kaip gliukozė, manozė, galaktozė, fukozė, arabinozė ir kai kurie heksozaminai, ir manoma, kad glikozilinimas vaidina svarbų vaidmenį sekrecijoje, proteolitiniame jautrumoje, aktyvume, vario sulaikyme ir baltymo šiluminis stabilumas.

Šie fermentai gamtoje paprastai randami kaip monomerai arba homodimerai, o kiekvieno monomero molekulinė masė gali svyruoti nuo 60 iki 100 kDa.

Lakcazių katalizinį centrą sudaro keturi vario (Cu) atomai, kurie dėl elektroninės absorbcijos, vykstančios vario-vario (Cu-Cu) jungtyse, suteikia molekulėms apskritai mėlyną spalvą.

Augalinių lakazių izoelektriniai taškai yra artimi 9 (gana baziniai), o grybeliniai fermentai yra tarp izoelektrinių taškų nuo 3 iki 7 (taigi jie yra fermentai, veikiantys rūgštinėmis sąlygomis).

Izofermentai

Daugelis lakazę gaminančių grybų taip pat turi lakazės izoformų, kurias koduoja tas pats genas arba skirtingi genai. Šie izofermentai skiriasi vienas nuo kito stabilumu, optimaliu pH ir temperatūra katalizuojant bei afinitete skirtingų tipų substratams.

Tam tikromis sąlygomis šie izofermentai gali atlikti skirtingas fiziologines funkcijas, tačiau tai priklauso nuo rūšies ar būklės, kurioje jie gyvena.

funkcijos

Kai kurie tyrinėtojai įrodė, kad lakazės dalyvauja odelių „sklerotizavime“ vabzdžiuose ir ultravioletiniams spinduliams atsparių sporų surinkime Bacillus genties mikroorganizmuose.

Augaluose

Augalų organizmuose lakazės dalyvauja formuojant ląstelės sienelę, lignifikacijos ir „delignifikacijos“ procesuose (lignino praradimas ar dezintegracija); be to, jie buvo susiję su audinių detoksikacija per opoziciją sukeliančiais priešgrybeliniais fenoliais arba fitoalexinų dezaktyvacija.

Grybuose

Žymiai gausu šios organizmų grupės, lakazės dalyvauja įvairiuose ląsteliniuose ir fiziologiniuose procesuose. Tarp jų galime paminėti taninų ir augalinių „fitoeleksinų“ patogeninių grybų apsaugą; Taigi galima sakyti, kad grybeliams šie fermentai yra virulentiškumo faktoriai.

Lakai taip pat vaidina svarbų vaidmenį morfogenezėje ir diferencijuojant basidiomycetų atsparumą ir sporų struktūras, taip pat biologiškai skaidydami ligniną grybuose, kurie ardo sumedėjusių augalų rūšių audinius.

Tuo pačiu metu lakazės dalyvauja formuojant pigmentus grybose ir daugelio grybų vaisiniuose kūnuose, taip pat prisideda prie ląstelių-ląstelių adhezijos procesų, formuojant polifenolinius „klijus“, kurie suriša hifus, ir išvengdami jų. patogeniniais grybeliais užkrėstų šeimininkų imuninės sistemos.

Pramonėje

Šie konkretūs fermentai yra naudojami pramonėje įvairiais tikslais, tačiau patys įspūdingiausi yra tekstilės ir popieriaus pramonėje bei kitų pramonės procesų metu susidarančių nuotekų biologiniam valymui ir nukenksminimui.

Tiksliau sakant, šie fermentai dažnai naudojami fenoliams ir jų dariniams, esantiems pramoninių atliekų užterštame vandenyje, oksiduoti. Jų katalizės produktai netirpsta (polimerizuojasi) ir nusėda, todėl jie lengvai atsiskiria.

Maisto pramonėje jie taip pat turi tam tikrą reikšmę, nes norint stabilizuoti tokius gėrimus kaip vynas, alus ir natūralios sultys, būtina pašalinti fenolinius junginius.

Jie naudojami kosmetikos pramonėje, cheminėje daugelio junginių sintezėje, dirvožemio biologiniame valyme ir nanobiotechnologijose.

Plačiausiai naudojamos grybų lakazės, tačiau neseniai buvo nustatyta, kad bakterinės lakazės pasižymi ryškesnėmis savybėmis pramoniniu požiūriu; Jie yra pajėgūs dirbti su įvairesniais substratais ir daug platesnėje temperatūroje bei pH diapazone, taip pat yra daug stabilesni prieš slopinančius agentus.

Nuorodos

1. Claus, H. (2004). Lakai: struktūra, reakcijos, pasiskirstymas. Micron, 35, 93–96.
2. Couto, SR, Luis, J., ir Herrera, T. (2006). Pramoninis ir biotechnologinis lakazių pritaikymas: apžvalga. „Biotechnology Advances“, 24, 500–513.
3. Madhavi, V., & Lele, SS (2009). Lakas: savybės ir taikymas. Bioresursai, 4 (4), 1694–1717.
4. Riva, S., Molecolare, R., ir Bianco, V. M. (2006). Lakai: mėlynieji žaliosios chemijos fermentai. Biotechnologijų tendencijos, 24 (5), 219–226.
5. Singhas, P., Bindi, C., ir Arunika, G. (2017). Bakterinė lakazė: naujausi duomenys apie gamybą, savybes ir pritaikymą pramonėje. „Biotech“, 7 (323), 1–20.