The lakázy, p-difenol: oxidoreduktázy dioxygen-benzendiol kyslík oxidoreduktázy, nebo, jsou enzymy, které patří do skupiny enzymů zvané oxidázy „modrá měď oxidázy“.
Existují ve vyšších rostlinách, v některých druzích hmyzu, v bakteriích a prakticky ve všech sledovaných houbách; jeho charakteristická modrá barva je produktem čtyř atomů mědi připojených k molekule v jejím katalytickém místě.
Grafické znázornění molekulární struktury enzymu Laccase (Zdroj: Zaměstnanci Jawahara Swaminathana a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)
Tyto enzymy byly popsány Yoshidou a kol. V roce 1883, když studoval pryskyřici stromu Rhus vernicifera nebo japonského „lakového stromu“, bylo zjištěno, že jejich hlavní funkcí bylo katalyzovat polymerační a depolymerizační reakce sloučenin.
Mnohem později bylo objeveno, že v houbách mají tyto proteiny s enzymatickou aktivitou specifické funkce v mechanismech odstraňování toxických fenolů z prostředí, kde rostou, zatímco v rostlinách se podílejí na syntetických procesech, jako je lignifikace.
Vědecký pokrok týkající se studia těchto enzymů umožnil jejich použití na průmyslové úrovni, kde byla využita jejich katalytická kapacita, zejména v souvislosti s bioremediací, textilem, odstraňováním barviv aplikovaných na textil, v papírenském průmyslu, mezi ostatní.
Hlavní důvody, proč jsou laky z průmyslového hlediska tak zajímavé, souvisí s tím, že jejich oxidační reakce jednoduše zahrnují redukci molekulárního kyslíku a produkci vody jako sekundárního prvku.
vlastnosti
Laccase enzymy mohou být sekretovány nebo nalezené v intracelulární oblasti, ale to záleží na studovaném organismu. Přesto je většina analyzovaných enzymů (s výjimkou některých proteinů z určitých hub a hmyzu) extracelulární proteiny.
Rozdělení
Tyto enzymy, jak bylo uvedeno výše, se vyskytují převážně v houbách, vyšších rostlinách, bakteriích a některých druzích hmyzu.
Mezi rostliny, kde byla prokázána jeho existence, patří mimo jiné jabloně, chřest, brambory, hrušky, mango, broskve, borovice, švestky. Hmyz exprimující hmyz patří hlavně do rodů Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius a další.
Houby jsou organismy, z nichž byl izolován a studován největší počet a rozmanitost laků, a tyto enzymy jsou přítomny jak v ascomycetech, tak v deuteromycetách a basidiomycetách.
Katalýza
Reakce katalyzovaná lakkózami spočívá v monoelektronické oxidaci substrátové molekuly, která může patřit do skupiny fenolů, aromatických sloučenin nebo alifatických aminů, k odpovídajícímu reaktivnímu radikálu.
Výsledkem katalytické reakce je redukce jedné molekuly kyslíku na dvě molekuly vody a současně oxidace čtyř molekul substrátu za vzniku čtyř reaktivních volných radikálů.
Meziprodukty volných radikálů se mohou vázat a tvořit dimery, oligomery nebo polymery, a proto se uvádí, že laky katalyzují polymerizační a "depolymerační" reakce.
Struktura
Lakky jsou glykoproteiny, to znamená, že jsou to proteiny, které mají oligosacharidové zbytky kovalentně vázané na polypeptidový řetězec, a tyto představují mezi 10 a 50% celkové hmotnosti molekuly (v rostlinných enzymech může být procento o něco vyšší).
Sacharidová část tohoto typu proteinu obsahuje monosacharidy, jako je glukóza, manóza, galaktóza, fukóza, arabinóza a některé hexosaminy, a má se za to, že glykosylace hraje důležitou roli v sekreci, proteolytické susceptibilitě, aktivitě, retenci mědi a tepelná stabilita proteinu.
Tyto enzymy se obecně vyskytují v přírodě jako monomery nebo homodimery a molekulová hmotnost každého monomeru se může pohybovat mezi 60 a 100 kDa.
Katalytické centrum lakcí je tvořeno čtyřmi atomy mědi (Cu), které dávají molekule obecně modrou barvu díky elektronické absorpci, ke které dochází ve vazbách měď-měď (Cu-Cu).
Rostlinné laky mají izoelektrické body s hodnotami blízkými 9 (docela základní), zatímco fungální enzymy jsou mezi isoelektrickými body 3 a 7 (takže jsou to enzymy, které fungují v kyselých podmínkách).
Isoenzymy
Mnoho hub produkujících lakcase má také izoformy laccase, které jsou kódovány stejným genem nebo různými geny. Tyto isoenzymy se od sebe liší hlavně svou stabilitou, jejich optimálním pH a teplotou pro katalyzování a jejich afinitou k různým typům substrátu.
Za určitých podmínek mohou mít tyto isoenzymy různé fyziologické funkce, ale to závisí na druhu nebo stavu, ve kterém žije.
Funkce
Někteří vědci ukázali, že lakkózy se účastní „sklerotizace“ kutikuly u hmyzu a shromažďování spór odolných vůči ultrafialovému světlu v mikroorganismech rodu Bacillus.
V rostlinách
V rostlinných organismech se lakky podílejí na tvorbě buněčné stěny, na procesech lignifikace a „delignifikace“ (ztráta nebo dezintegrace ligninu); a kromě toho souvisejí s detoxikací tkání oxidací antifungálních fenolů nebo deaktivací fytoalexinů.
V hub
V této skupině organismů, hojně se vyskytujících, se lakky účastní řady buněčných a fyziologických procesů. Mezi nimi lze zmínit ochranu patogenních hub tříslovin a rostlinných „fytoalexinů“; takže lze říci, že pro houby jsou tyto enzymy virulenční faktory.
Lakky mají také funkce v morfogenezi a diferenciaci struktury rezistence a spór basidiomycet, jakož i v biologické degradaci ligninu v houbách, které degradují tkáně dřevin.
Současně se lakky podílejí na tvorbě pigmentů v myceliu a plodnicích mnoha hub a přispívají k procesům adheze mezi buňkami, na tvorbě polyfenolického „lepidla“, které váže hyfy a úniky. imunitního systému hostitelů infikovaných patogenními houbami.
V průmyslu
Tyto konkrétní enzymy se průmyslově používají pro různé účely, ale ty nejvýznamnější enzymy odpovídají textilnímu a papírenskému průmyslu a bioremediaci a dekontaminaci odpadních vod produkovaných jinými průmyslovými procesy.
Konkrétně se tyto enzymy často používají k oxidaci fenolů a jejich derivátů přítomných ve vodě kontaminované průmyslovým odpadem, jehož produkty katalýzy jsou nerozpustné (polymerizované) a sraženiny, což je činí snadno oddělitelnými.
V potravinářském průmyslu jsou také důležité, protože odstranění fenolových sloučenin je nezbytné pro stabilizaci nápojů, jako je víno, pivo a přírodní šťávy.
Používají se v kosmetickém průmyslu, při chemické syntéze mnoha sloučenin, v bioremediaci půdy a v nanobiotechnologii.
Nejpoužívanějšími jsou lak z hub, ale v poslední době bylo zjištěno, že bakteriální lak má z průmyslového hlediska výraznější vlastnosti; Jsou schopny pracovat s větším množstvím substrátů a při mnohem širších teplotních a hodnotách pH a jsou mnohem stabilnější vůči inhibičním činidlům.
Reference
- Claus, H. (2004). Laky: struktura, reakce, distribuce. Micron, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Průmyslové a biotechnologické aplikace laků: Přehled. Biotechnology Advances, 24, 500–513.
- Madhavi, V. a Lele, SS (2009). Laka: vlastnosti a aplikace. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Lakky: modré enzymy pro zelenou chemii. Trends in Biotechnology, 24 (5), 219–226.
- Singh, P., Bindi, C. a Arunika, G. (2017). Bakteriální lak: poslední aktualizace o výrobě, vlastnostech a průmyslových aplikacích. Biotech, 7 (323), 1-20.