LAKAZE: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, FUNKCIJE - ZNANOST - 2026

Podnositelja laccases, p difenol: oksidoreduktaze dikisika -benzendiol kisik oksidoreduktaze, ili, su enzimi koji pripadaju grupi enzima pod nazivom „blue oksidaze bakra oksidaze”.

Oni postoje u višim biljkama, nekim insektima, bakterijama i praktički svim gljivama koje su proučavane; njegova karakteristična plava boja produkt je četiri atoma bakra pričvršćenih na molekulu na katalitičkom mjestu.

Grafički prikaz molekularne strukture enzima Laccase (Izvor: Jawahar Swaminathan i osoblje MSD-a u Europskom institutu za bioinformatiku putem Wikimedia Commonsa)

Te enzime opisali su Yoshida i suradnici, 1883. godine, kada su proučavali smolu japanskog stabla Rhus vernicifera ili "stabla laka", gdje je utvrđeno da je njihova glavna funkcija kataliziranje reakcija polimerizacije i depolimerizacije spojeva.

Mnogo kasnije otkriveno je da kod gljivica ti proteini s enzimatskim djelovanjem imaju specifične funkcije u mehanizmima uklanjanja toksičnih fenola iz okoliša u kojem rastu, dok su u biljkama uključeni u sintetske procese poput lignifikacije.

Znanstveni napredak u istraživanju ovih enzima omogućio je njihovu upotrebu na industrijskoj razini, gdje se koristi njihova katalitička sposobnost, posebno u kontekstu bioremedijacije, tekstila, u uklanjanju boja nanesenih na tekstil, u industriji papira, među drugi.

Glavni razlozi zbog kojih su lakaze toliko zanimljive s industrijskog stajališta imaju veze s činjenicom da njihove oksidacijske reakcije jednostavno uključuju smanjenje molekularnog kisika i proizvodnju vode kao sekundarnog elementa.

karakteristike

Enzimi lakaze mogu se izlučiti ili naći u unutarćelijskoj regiji, ali to ovisi o organizmu koji se proučava. Unatoč tome, većina analiziranih enzima (osim nekih proteina određenih gljivica i insekata) su izvanćelijski proteini.

Distribucija

Ovi enzimi, kao što je gore raspravljano, nalaze se uglavnom u gljivicama, višim biljkama, bakterijama i nekim vrstama insekata.

Među biljkama na kojima je dokazano njegovo postojanje su i stabla jabuka, šparoge, krumpir, kruške, mango, breskve, borovi, šljive. Kukci koji izražavaju lakšiju pripadaju uglavnom rodovima Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius i drugi.

Gljivice su organizmi iz kojih je izdvojen i proučen najveći broj i raznolikost lakaze, a ti su enzimi prisutni i u askomicete i u deuteromicete i u baziidiocemi.

Kataliza

Reakcija katalizirana lakazama sastoji se od monoelektronske oksidacije molekule supstrata, koja može pripadati grupi fenola, aromatskih spojeva ili alifatskih amina, u odgovarajući reaktivni radikal.

Rezultat katalitičke reakcije je redukcija jedne molekule kisika u dvije molekule vode i istodobno oksidacija četiri molekule supstrata da bi se stvorila četiri reaktivna slobodna radikala.

Intermedijarni slobodni radikali mogu se vezati i tvore dimere, oligomere ili polimere, zbog čega se kaže da lakaze kataliziraju reakcije polimerizacije i "depolimerizacije".

Struktura

Lakaze su glikoproteini, to jest, oni su proteini koji imaju ostatke oligosaharida kovalentno povezani u polipeptidni lanac, a oni predstavljaju između 10 i 50% ukupne mase molekule (postotak u biljnim enzimima postotak može biti malo veći), Ugljikohidratni dio ove vrste proteina sadrži monosaharide poput glukoze, manoze, galaktoze, fukoze, arabinoze i nekih heksozamina, a smatra se da glikozilacija igra važnu ulogu u izlučivanju, osjetljivosti na proteolitike, aktivnosti, zadržavanju bakra i toplinska stabilnost proteina.

Ovi enzimi uglavnom se nalaze u prirodi kao monomeri ili homodimeri, a molekulska masa svakog monomera može varirati između 60 i 100 kDa.

Katalitičko središte lakaze sastoji se od četiri atoma bakra (Cu) koji molekuli daju općenito plavu boju zbog elektroničke apsorpcije koja se odvija u vezama bakar-bakar (Cu-Cu).

Povrće lakaze ima izoelektrične točke s vrijednostima blizu 9 (sasvim osnovno), dok su gljivični enzimi između izoelektričnih točaka od 3 do 7 (dakle to su enzimi koji djeluju u kiselom stanju).

izoenzima

Mnoge gljive koje stvaraju lakat također imaju laformne izoforme koje kodiraju isti gen ili različiti geni. Ti se izoencimi međusobno razlikuju uglavnom po stabilnosti, optimalnom pH i temperaturi za kataliziranje i afinitetu za različite vrste supstrata.

Pod određenim uvjetima, ti izoenzimi mogu imati različite fiziološke funkcije, ali to ovisi o vrsti ili stanju u kojem žive.

Značajke

Neki su istraživači pokazali da su lakaze uključene u "sklerotizaciju" kutikule u insekata i skupljanje spora otpornih na ultraljubičasto svjetlo u mikroorganizme roda Bacillus.

U biljkama

U biljnim organizmima lakaze sudjeluju u stvaranju stanične stijenke, u procesima lignifikacije i "delignifikacije" (gubitak ili raspad lignina); i nadalje, bili su povezani s detoksifikacijom tkiva oksidacijom antifungalnih fenola ili deaktivacijom fitoaleksina.

U gljivama

Značajno bogata u ovoj skupini organizama, lakaze sudjeluju u različitim staničnim i fiziološkim procesima. Među njima možemo spomenuti zaštitu od patogenih gljiva tanina i biljnih „fitoaleksina“; pa se može reći da su za gljivice ti enzimi faktori virulencije.

Lakaze također igraju ulogu u morfogenezi i diferencijaciji otpornosti i spore strukture bazidiomiketa, kao i u biorazgradnji lignina u gljivicama koje razgrađuju tkiva drvenastih biljnih vrsta.

Istodobno, lakaze sudjeluju u stvaranju pigmenata u miceliji i plodnim tijelima mnogih gljiva i doprinose procesima adhezije staničnih stanica, stvaranju polifenolnog „ljepila“ koje veže hife i u evaziji. imunološkog sustava domaćina zaraženih patogenim gljivicama.

U industriji

Ovi se posebni enzimi koriste u industrijske svrhe u razne svrhe, ali najistaknutiji odgovaraju tekstilnoj i papirnoj industriji te bioremedijaciji i dekontaminaciji otpadnih voda proizvedenih drugim industrijskim postupcima.

Naime, ti se enzimi često koriste za oksidaciju fenola i njihovih derivata koji su prisutni u vodi zagađenoj industrijskim otpadom, čiji su produkti katalize netopljivi (polimerizirani) i talog, što ih čini lako odvojivim.

U prehrambenoj industriji oni su također od neke važne važnosti jer je uklanjanje fenolnih spojeva potrebno za stabilizaciju pića poput vina, piva i prirodnih sokova.

Koriste se u kozmetičkoj industriji, u kemijskoj sintezi mnogih spojeva, u bioremedijaciji tla i u nanobiotehnologiji.

Najčešće korišteni su lakovi iz gljivica, ali nedavno je utvrđeno da bakterijski lak ima istaknutija svojstva s industrijskog stajališta; Sposobni su da rade s većim brojem supstrata i pri znatno širim rasponima temperature i pH, kao i da su mnogo stabilniji protiv inhibitora.

Reference

1. Claus, H. (2004). Lakaze: struktura, reakcije, distribucija. Micron, 35, 93–96.
2. Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Industrijska i biotehnološka primjena lakaza: pregled. Biotehnološki napredak, 24, 500–513.
3. Madhavi, V., i Lele, SS (2009). Lak: svojstva i primjena. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
4. Riva, S., Molecolare, R., i Bianco, VM (2006). Lakaze: plavi enzimi za zelenu kemiju. Trendovi u biotehnologiji, 24 (5), 219–226.
5. Singh, P., Bindi, C., & Arunika, G. (2017). Lak za bakterije: nedavno ažuriranje proizvodnje, svojstava i industrijske primjene. Biotech, 7 (323), 1–20.