The lakaze , p- difenol: oksidoreduktaze dikisikovi-benzendiol kisika oksidoreduktaze , ali so encimi, ki spadajo v skupino encimov imenovane oksidaze "modrega bakrove oksidaze".
Obstajajo v višjih rastlinah, pri nekaterih žuželkah, v bakterijah in v praktično vseh preučenih glivah; njegova značilna modra barva je produkt štirih bakrovih atomov, pritrjenih na molekulo na njenem katalitičnem mestu.
Grafična predstavitev molekularne strukture encima Laccase (Vir: Jawahar Swaminathan in osebje MSD na Evropskem inštitutu za bioinformatiko prek Wikimedia Commons)
Te encime so opisali Yoshida in sod. Leta 1883, ko so preučevali smolo drevesa Rhus vernicifera ali japonsko "drevo laka", kjer so ugotovili, da je njihova glavna funkcija kataliziranje reakcij polimerizacije in depolimerizacije spojin.
Mnogo pozneje je bilo ugotovljeno, da imajo pri glivah ti proteini z encimsko aktivnostjo posebne funkcije v mehanizmih odstranjevanja strupenih fenolov iz okolja, kjer rastejo, medtem ko so v rastlinah vključeni v sintetične procese, kot je lignifikacija.
Znanstveni napredek v zvezi s preučevanjem teh encimov je omogočil njihovo uporabo na industrijski ravni, kjer je bila uporabljena njihova katalitična sposobnost, zlasti v kontekstu bioremediacije, tekstila, pri odstranjevanju barvil, nanesenih na tekstil, v papirni industriji, med drugi.
Glavni razlogi, zakaj so lakaze z industrijskega vidika tako zanimive, so povezani s tem, da njihove oksidacijske reakcije preprosto vključujejo zmanjšanje molekulskega kisika in proizvodnjo vode kot sekundarnega elementa.
značilnosti
Encimi lakaze se lahko izločajo ali najdejo v medceličnem območju, vendar je to odvisno od organizma, ki ga preučujemo. Kljub temu je večina analiziranih encimov (razen nekaterih beljakovin iz nekaterih gliv in žuželk) zunajceličnih beljakovin.
Distribucija
Ti encimi, kot je razloženo zgoraj, se nahajajo pretežno v glivah, višjih rastlinah, bakterijah in nekaterih vrstah žuželk.
Med rastlinami, kjer je bil dokazan njegov obstoj, so med drugim jablane, šparglji, krompir, hruške, mango, breskve, borovci, slive. Laki, ki izražajo žuželke, spadajo predvsem v rodove Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius in druge.
Glive so organizmi, iz katerih je bilo izolirano in preučeno največ in raznolikost lakaze, ti encimi pa so prisotni tako v askomicete kot v devteromiceti in bazidiomiceti.
Kataliza
Reakcija, ki jo katalizirajo lakaze, je sestavljena iz monoelektronske oksidacije substralne molekule, ki lahko pripada skupini fenolov, aromatskih spojin ali alifatskih aminov, do ustreznega reaktivnega radikala.
Rezultat katalitične reakcije je redukcija ene molekule kisika na dve molekuli vode in hkrati oksidacija štirih molekul substrata, da nastanejo štirje reaktivni prosti radikali.
Vmesni prosti radikali se lahko vežejo in tvorijo dimere, oligomere ali polimere, zato naj bi lakaze katalizirale reakcije polimerizacije in "depolimerizacije".
Struktura
Lakaze so glikoproteini, to je beljakovine, ki imajo ostanke oligosaharida, kovalentno vezane na polipeptidno verigo, in predstavljajo med 10 in 50% celotne mase molekule (odstotek v rastlinskih encimih je lahko nekoliko večji) .
Ogljikohidratni del te vrste beljakovin vsebuje monosaharide, kot so glukoza, manoza, galaktoza, fukoza, arabinoza in nekateri heksozamini, pri čemer naj bi glikoziliranje igralo pomembno vlogo pri izločanju, proteolitični občutljivosti, aktivnosti, zadrževanju bakra in toplotna stabilnost proteina.
Te encime na splošno najdemo v naravi kot monomere ali homodimere, molekulska teža vsakega monomera pa se lahko giblje med 60 in 100 kDa.
Katalitično središče lakaze sestavljajo štirje bakrovi (Cu) atomi, ki dajejo molekuli na splošno modro barvo zaradi elektronske absorpcije, ki poteka v bakreno-bakreni (Cu-Cu) vezi.
Rastlinske lakaze imajo izoelektrične točke z vrednostmi blizu 9 (precej osnovne), glivični encimi pa med izoelektričnimi točkami 3 in 7 (torej gre za encime, ki delujejo v kislih pogojih).
Izoencimi
Mnoge glive, ki proizvajajo laka, imajo tudi izoformne oblike laka, ki jih kodira isti gen ali različni geni. Ti izoencimi se med seboj razlikujejo predvsem po svoji stabilnosti, optimalnem pH in temperaturi za kataliziranje ter njihovi pripadnosti različnim vrstam substrata.
Pod določenimi pogoji imajo lahko ti izoencimi različne fiziološke funkcije, vendar je to odvisno od vrste ali stanja, v katerem živijo.
Lastnosti
Nekateri raziskovalci so dokazali, da lakaze sodelujejo pri "sklerotizaciji" kutikule pri žuželkah in sestavljanju sporov, odpornih proti ultravijolični svetlobi, pri mikroorganizmih rodu Bacillus.
V rastlinah
V rastlinskih organizmih lakaze sodelujejo pri nastajanju celične stene, v procesih lignifikacije in "delignifikacije" (izguba ali razpad lignina); poleg tega so bili povezani z razstrupljanjem tkiv z oksidacijo protiglivičnih fenolov ali deaktivacijo fitoaleksinov.
V gobah
V tej skupini organizmov lakaze znatno obilujejo različne celične in fiziološke procese. Med njimi lahko omenimo zaščito patogenih gliv taninov in rastlinskih "fitoaleksinov"; zato lahko rečemo, da so za glive ti encimi virulenčni dejavniki.
Lakaze igrajo tudi vlogo pri morfogenezi in diferenciaciji odpornih in spornih struktur bazidiomiceta ter pri biorazgradnji lignina pri glivah, ki razgradijo tkiva lesnih rastlinskih vrst.
Hkrati lakaze sodelujejo pri tvorbi pigmentov v micelijah in plodnih telesih številnih gliv in prispevajo k celičnim procesom adhezije, pri tvorbi polifenskega "lepila", ki veže hife, in pri utaji. imunskega sistema gostiteljev, okuženih s patogenimi glivami.
V industriji
Ti posebni encimi se industrijsko uporabljajo v različne namene, najbolj izstopajoči pa ustrezajo tekstilni in papirni industriji ter bioremediaciji in dekontaminaciji odpadnih voda, ki nastanejo v drugih industrijskih postopkih.
Zlasti se ti encimi pogosto uporabljajo za oksidacijo fenolov in njihovih derivatov v vodi, onesnaženi z industrijskimi odpadki, katerih produkti katalize so netopni (polimerizirani) in oborine, zaradi česar jih je mogoče zlahka ločiti.
V prehrambeni industriji so prav tako pomembni, saj je odstranjevanje fenolnih spojin potrebno za stabilizacijo pijač, kot so vino, pivo in naravni sokovi.
Uporabljajo se v kozmetični industriji, v kemični sintezi številnih spojin, v bioremediaciji tal in v nanobiotehnologiji.
Najpogosteje se uporabljajo laki iz gliv, v zadnjem času pa je bilo ugotovljeno, da ima bakterijski lak izrazitejše lastnosti z industrijskega vidika; So sposobni delati z več različnimi substrati in pri veliko širših območjih temperature in pH, poleg tega pa so veliko bolj stabilni proti inhibitorjem.
Reference
- Claus, H. (2004). Lakaze: struktura, reakcije, porazdelitev. Micron, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Industrijske in biotehnološke uporabe lakaze: pregled. Biotehnološki napredek, 24, 500–513.
- Madhavi, V., & Lele, SS (2009). Lak: lastnosti in aplikacije. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Lakaze: modri encimi za zeleno kemijo. Trendi v biotehnologiji, 24 (5), 219–226.
- Singh, P., Bindi, C., & Arunika, G. (2017). Lak za bakterije: nedavna posodobitev proizvodnje, lastnosti in industrijske uporabe. Biotech, 7 (323), 1–20.