The lakázy , p-difenol: oxidoreduktázy dioxygen-benzendiol kyslík oxidoreduktázy , alebo, sú enzýmy, ktoré patria do skupiny enzýmov zvanej oxidázy "modrá meď oxidázy".
Existujú vo vyšších rastlinách, v niektorých druhoch hmyzu, v baktériách a prakticky vo všetkých skúmaných hubách; jeho charakteristická modrá farba je produktom štyroch atómov medi pripojených k molekule v jej katalytickom mieste.
Grafické znázornenie molekulárnej štruktúry enzýmu Laccase (Zdroj: pracovníci Jawahara Swaminathana a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)
Tieto enzýmy opísali Yoshida a kol., V roku 1883, keď študovali živicu japonského stromu Rhus vernicifera alebo "lakovaný strom", kde sa zistilo, že ich hlavnou funkciou bolo katalyzovať polymerizačné a depolymerizačné reakcie zlúčenín.
Oveľa neskôr sa zistilo, že v hubách majú tieto proteíny s enzymatickou aktivitou špecifické funkcie v mechanizmoch odstraňovania toxických fenolov z prostredia, v ktorom rastú, zatiaľ čo v rastlinách sa podieľajú na syntetických procesoch, ako je lignifikácia.
Vedecký pokrok v štúdii týchto enzýmov umožnil ich použitie na priemyselnej úrovni, kde sa využila ich katalytická kapacita, najmä v kontexte bioremediácie, textilu, odstraňovania farbív aplikovaných na textil, v papierenskom priemysle, medzi inými iní.
Hlavné dôvody, prečo sú laky z priemyselného hľadiska také zaujímavé, súvisia s tým, že ich oxidačné reakcie jednoducho zahŕňajú redukciu molekulárneho kyslíka a výrobu vody ako sekundárneho prvku.
vlastnosti
Lakové enzýmy sa môžu vylučovať alebo nachádzať v intracelulárnej oblasti, ale to závisí od študovaného organizmu. Napriek tomu väčšina analyzovaných enzýmov (s výnimkou niektorých proteínov z určitých húb a hmyzu) sú extracelulárne proteíny.
distribúcia
Tieto enzýmy, ako je uvedené vyššie, sa vyskytujú prevažne v hubách, vyšších rastlinách, baktériách a niektorých druhoch hmyzu.
Medzi rastliny, kde sa preukázala jeho existencia, patria okrem iného jablone, špargľa, zemiaky, hrušky, mango, broskyne, borovica, slivky. Hmyz exprimujúci hmyz patrí najmä do rodov Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius a ďalšie.
Plesne sú organizmy, z ktorých bol izolovaný a študovaný najväčší počet a rozmanitosť laciek, a tieto enzýmy sú prítomné ako v askomycetách, tak v deuteromycetách a basidiomycetách.
katalýza
Reakcia katalyzovaná lakkózami spočíva v monoelektronickej oxidácii molekuly substrátu, ktorá môže patriť do skupiny fenolov, aromatických zlúčenín alebo alifatických amínov, do zodpovedajúceho reaktívneho radikálu.
Výsledkom katalytickej reakcie je redukcia jednej molekuly kyslíka na dve molekuly vody a súčasne oxidácia štyroch molekúl substrátu za vzniku štyroch reaktívnych voľných radikálov.
Medziprodukty voľných radikálov sa môžu viazať a tvoriť diméry, oligoméry alebo polyméry, a preto sa uvádza, že laky katalyzujú polymerizačné a "depolymerizačné" reakcie.
štruktúra
Lakky sú glykoproteíny, to znamená, že sú to proteíny, ktoré majú oligosacharidové zvyšky kovalentne naviazané na polypeptidový reťazec, a tieto predstavujú 10 až 50% z celkovej hmotnosti molekuly (v rastlinných enzýmoch môže byť percento o niečo vyššie) ,
Sacharidová časť tohto typu proteínu obsahuje monosacharidy, ako je glukóza, manóza, galaktóza, fukóza, arabinóza a niektoré hexozamíny. Predpokladá sa, že glykozylácia hrá dôležitú úlohu pri sekrécii, proteolytickej susceptibilite, aktivite, retencii medi a tepelná stabilita proteínu.
Tieto enzýmy sa všeobecne vyskytujú v prírode ako monoméry alebo homodiméry a molekulová hmotnosť každého monoméru sa môže meniť medzi 60 a 100 kDa.
Katalytické centrum lackóz je tvorené štyrmi atómami medi (Cu), ktoré dávajú molekule všeobecne modrú farbu v dôsledku elektronickej absorpcie, ku ktorej dochádza vo väzbách meď-meď (Cu-Cu).
Rastlinné laky majú izoelektrické body s hodnotami blízkymi 9 (celkom zásadité), zatiaľ čo fungálne enzýmy sú medzi izoelektrickými bodmi 3 a 7 (takže sú to enzýmy, ktoré pôsobia v kyslých podmienkach).
izoenzýmy
Mnoho húb produkujúcich laky má tiež izoformy lakov, ktoré sú kódované rovnakým génom alebo rôznymi génmi. Tieto izoenzýmy sa navzájom líšia hlavne svojou stabilitou, optimálnym pH a teplotou na katalyzovanie a ich afinitou k rôznym typom substrátu.
Tieto izoenzýmy môžu mať za určitých podmienok rôzne fyziologické funkcie, ale to závisí od druhu alebo stavu, v ktorom žije.
Vlastnosti
Niektorí vedci preukázali, že lakky sa podieľajú na „sklerotizácii“ kutikuly u hmyzu a na zostavovaní spór rezistentných na ultrafialové svetlo v mikroorganizmoch rodu Bacillus.
V rastlinách
V rastlinných organizmoch sa laky podieľajú na tvorbe bunkovej steny, na procesoch ligácie a „delignifikácie“ (strata alebo dezintegrácia lignínu); a okrem toho súvisia s detoxikáciou tkanív oxidáciou antifungálnych fenolov alebo deaktiváciou fytoalexínov.
V hubách
V tejto skupine organizmov, ktoré sú významné, sa laky zúčastňujú rôznych bunkových a fyziologických procesov. Medzi nimi možno spomenúť ochranu patogénnych húb trieslovín a rastlinných „fytoalexínov“; takže je možné povedať, že pre huby sú tieto enzýmy virulenčné faktory.
Lakky tiež pôsobia v morfogenéze a diferenciácii štruktúr rezistencie a spór bazidiomycet, ako aj v biologickej degradácii lignínu v húb, ktoré degradujú tkanivá drevín.
Laky sa súčasne podieľajú na tvorbe pigmentov v mycéliu a plodniciach mnohých húb a prispievajú k procesom adhézie buniek k bunkám, na tvorbe polyfenolického „lepidla“, ktoré viaže hýfy a úniky. imunitného systému hostiteľov infikovaných patogénnymi hubami.
V priemysle
Tieto konkrétne enzýmy sa priemyselne používajú na rôzne účely, ale najvýznamnejšie enzýmy zodpovedajú textilnému a papierenskému priemyslu a bioremediácii a dekontaminácii odpadových vôd produkovaných inými priemyselnými procesmi.
Konkrétne sa tieto enzýmy často používajú na oxidáciu fenolov a ich derivátov prítomných vo vode kontaminovanej priemyselným odpadom, ktorého produkty katalýzy sú nerozpustné (polymerizované) a precipitáty, čo ich robí ľahko separovateľnými.
V potravinárskom priemysle sú tiež veľmi dôležité, pretože odstránenie fenolových zlúčenín je nevyhnutné na stabilizáciu nápojov, ako je víno, pivo a prírodné šťavy.
Používajú sa v kozmetickom priemysle, pri chemickej syntéze mnohých zlúčenín, pri bioremediácii pôdy a pri nanobiotechnológiách.
Najčastejšie sa používajú lak z húb, ale nedávno sa zistilo, že bakteriálny lak má z priemyselného hľadiska výraznejšie vlastnosti; Sú schopné pracovať s väčším počtom substrátov a pri omnoho širších teplotných a teplotných rozsahoch a sú oveľa stabilnejšie voči inhibičným činidlám.
Referencie
- Claus, H. (2004). Laky: štruktúra, reakcie, distribúcia. Micron, 35, 93 - 96.
- Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Priemyselné a biotechnologické aplikácie lakov: prehľad. Biotechnology Advances, 24, 500 - 513.
- Madhavi, V. a Lele, SS (2009). Lak: vlastnosti a aplikácie. Bioresources, 4 (4), 1694 - 1717.
- Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Laky: modré enzýmy pre zelenú chémiu. Trends in Biotechnology, 24 (5), 219 - 226.
- Singh, P., Bindi, C. a Arunika, G. (2017). Bakteriálny lak: posledná aktualizácia o výrobe, vlastnostiach a priemyselných aplikáciách. Biotech, 7 (323), 1-20.