真菌漆酶及其介體系統(tǒng):來源、機理與應(yīng)用
發(fā)布時間：2021-10-12 12:19
漆酶是一類含銅氧化酶,廣泛分布于植物、真菌、細菌、昆蟲中,它們能夠高效催化芳香族和非芳香族化合物氧化降解,并最終將分子氧還原為水作為副產(chǎn)物。一些小分子介體能夠進一步提高漆酶的降解底物范圍、催化效率和穩(wěn)定性。它們與漆酶構(gòu)成漆酶/介體系統(tǒng)（laccase mediator systems,LMS）,能夠更有效地降解非酚類、多環(huán)芳烴類等難降解化合物,在造紙制漿與漂白、染料脫色、環(huán)境脫毒等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景,成為近年來的研究熱點之一。對漆酶的來源與功能、真菌漆酶結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機理、介體類型與作用機理、LMS的應(yīng)用進行了綜述,以期為漆酶的應(yīng)用研究提供參考。
【文章來源】：生物技術(shù)進展. 2020,10(01)
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
云芝漆酶活性中心結(jié)構(gòu)(A)[19,30-31]及其氧化松柏醇的反應(yīng)機理(B)[27-28]
迄今為止，已有超過100種漆酶介體被報道[7]。根據(jù)其來源，常見介體主要分為兩大類，即天然介體(natural mediators)和合成介體(synthetic mediators)[7,38]。天然介體有乙酰丁香酮(acetosyringone,AS)、乙酰香草酮(acetovanillone)、肉桂酸(cinnamic acid)、鄰苯二酚(catechol)、針葉醇(coniferyl alcohol)、2,6-二甲基苯酚(2,6-dimethylphenol)、乙基香蘭素(ethyl vanillin)、阿魏酸(ferulic acid)、沒食子酸(gallic acid)、3-羥基鄰氨基苯甲酸(3-hydroxyanthranilic acid)、4-羥基苯甲酸(4-hydroxybenzoic acid)、對香豆酸(pcoumaric acid,p-PCA)、芥子酸(sinapic acid)、丁香醛(syringaldehyde,SA)、丁香酸(syringic acid)、2,4,6-三甲基苯酚(2,4,6-trimethylphenol)、香草醛(vanillin)、香草酰醇(vanillyl alcohol)等。合成介體有ABTS、N-羥基-N-乙�；桨�(N-hydroxyacetanilide,NHA)、1-羥基苯并三唑(1-hydroxybenzotriazole,HBT)、N-羥基鄰苯二甲酰亞胺(N-hydroxyphthalimide,HPI)、酚紅(phenol red)、2,2",6,6"-四甲基呱啶氧化物(2,2",6,6"-tetramethyl-piperidine-N-oxyl,TEMPO)、1-(3"-磺苯基)-3-甲基吡唑啉酮-5[1-(3"-sulphophenyl)-3-methylpyrazolone-5,SPP-m]、紫脲酸(violuric acid,VA)等[7]。另外，一些多金屬氧酸鹽(polyoxometalates,POM)具有氧化還原和催化的雙功能，被作為漆酶介體用于輔助降解木質(zhì)素和染料脫色[39]。筆者認為，介體也可以根據(jù)其主要結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度劃分為單苯環(huán)介體和多環(huán)或雜環(huán)介體。單苯環(huán)介體多為酚類的衍生醛、酮、酸等，如香草醛、丁香醛、芥子酸、乙酰丁香酮、乙酰香草酮和阿魏酸等。多環(huán)或雜環(huán)介體多為含氮、硫的雜環(huán)化合物，如ABTS、HBT、NHA、TEMPO、VA等。理想的漆酶介質(zhì)同時必須是一種良好的漆酶底物，其氧化還原形式必須穩(wěn)定、且不能抑制酶的活性，其氧化還原態(tài)轉(zhuǎn)換必須是可循環(huán)的[40-41]。另外，介體價格應(yīng)相對便宜且環(huán)境友好[39,42]。最初人們發(fā)現(xiàn)ABTS、HBT等雜環(huán)類介體與漆酶構(gòu)成的LMS對木質(zhì)素等多種底物具有良好的降解效果，但雜環(huán)和多環(huán)介體給環(huán)境造成了負擔(dān)，且對漆酶活性也有一定的影響[43～45]。而單苯環(huán)介體中多數(shù)是天然型介體，如乙酰丁香酮和丁香醛，最早在丁香的花瓣中和汁液中被發(fā)現(xiàn)，與人工合成的雜環(huán)或多環(huán)介體相比，具有來源清潔、價格低廉、低毒環(huán)保等特點。目前漆酶的天然介體日益受到人們的關(guān)注[39]。
造紙行業(yè)具有產(chǎn)量大、用水多、污染嚴重的特點。生物酶技術(shù)在造紙行業(yè)改造升級中發(fā)揮著重要的作用。LMS最初的發(fā)現(xiàn)正是源于利用云芝漆酶和ABTS降解木質(zhì)素，此后被廣泛研究并應(yīng)用于造紙行業(yè)[18]。LMS可以降低制漿過程中木質(zhì)素含量，去除膠黏物，改善紙漿性能[52-54];在漂白過程中，酶法漂白替代傳統(tǒng)化學(xué)漂白，能夠提高漂白亮度，降低環(huán)境污染[55-56];LMS用于造紙廢水的處理，可以顯著降低廢水中的木質(zhì)素含量、色度與化學(xué)需氧量值(chemical oxygen demand,COD)[57]。圖6 HAT型非酚底物氧化途徑[47,50]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]茶樹漆酶基因CsLAC4和CsLAC12的克隆與表達分析[J]. 黃晨,陳帥,程小芳,張新,黎星輝,孫曉玲. 植物保護學(xué)報. 2018(05)
[2]裂褶菌漆酶的酶學(xué)性質(zhì)及對造紙廢水深度處理研究[J]. 趙文娟,秦濤,張強,徐升運. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù). 2018(05)
[3]龍眼漆酶家族成員全基因組結(jié)構(gòu)與功能分析[J]. 徐小萍,陳曉慧,呂科良,陳旭,陳裕坤,林玉玲,賴鐘雄. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報. 2018(04)
[4]白樺漆酶BpLAC1基因生物信息學(xué)分析[J]. 馮連榮,宋立志,趙大根,王玉成,池玉杰. 南方林業(yè)科學(xué). 2017(03)
[5]漆酶/介體系統(tǒng)研究進展[J]. 羅爽,謝天,劉忠川,王剛剛. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報. 2015(06)
[6]木質(zhì)纖維素原料中漆酶天然介體的研究進展[J]. 邱衛(wèi)華,陳洪章. 生物工程學(xué)報. 2014(05)
[7]亞洲玉米螟兩種漆酶基因OfLac1和OfLac2 cDNA的克隆及基因表達[J]. 陳鵬,屈明博,楊君,楊青. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué). 2014(07)
[8]棉鈴蟲漆酶2基因的分子鑒定[J]. 曹治珊,劉孝明,安世恒,蔣金煒. 昆蟲學(xué)報. 2014(02)
[9]漆酶/介體體系降解黃麻纖維木質(zhì)素的研究[J]. 張勇兵,董愛學(xué),周春曉,袁久剛,王強,范雪榮,王平,崔莉. 生物學(xué)雜志. 2014(01)
本文編號：3432568
【文章來源】：生物技術(shù)進展. 2020,10(01)
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
云芝漆酶活性中心結(jié)構(gòu)(A)[19,30-31]及其氧化松柏醇的反應(yīng)機理(B)[27-28]
迄今為止，已有超過100種漆酶介體被報道[7]。根據(jù)其來源，常見介體主要分為兩大類，即天然介體(natural mediators)和合成介體(synthetic mediators)[7,38]。天然介體有乙酰丁香酮(acetosyringone,AS)、乙酰香草酮(acetovanillone)、肉桂酸(cinnamic acid)、鄰苯二酚(catechol)、針葉醇(coniferyl alcohol)、2,6-二甲基苯酚(2,6-dimethylphenol)、乙基香蘭素(ethyl vanillin)、阿魏酸(ferulic acid)、沒食子酸(gallic acid)、3-羥基鄰氨基苯甲酸(3-hydroxyanthranilic acid)、4-羥基苯甲酸(4-hydroxybenzoic acid)、對香豆酸(pcoumaric acid,p-PCA)、芥子酸(sinapic acid)、丁香醛(syringaldehyde,SA)、丁香酸(syringic acid)、2,4,6-三甲基苯酚(2,4,6-trimethylphenol)、香草醛(vanillin)、香草酰醇(vanillyl alcohol)等。合成介體有ABTS、N-羥基-N-乙�；桨�(N-hydroxyacetanilide,NHA)、1-羥基苯并三唑(1-hydroxybenzotriazole,HBT)、N-羥基鄰苯二甲酰亞胺(N-hydroxyphthalimide,HPI)、酚紅(phenol red)、2,2",6,6"-四甲基呱啶氧化物(2,2",6,6"-tetramethyl-piperidine-N-oxyl,TEMPO)、1-(3"-磺苯基)-3-甲基吡唑啉酮-5[1-(3"-sulphophenyl)-3-methylpyrazolone-5,SPP-m]、紫脲酸(violuric acid,VA)等[7]。另外，一些多金屬氧酸鹽(polyoxometalates,POM)具有氧化還原和催化的雙功能，被作為漆酶介體用于輔助降解木質(zhì)素和染料脫色[39]。筆者認為，介體也可以根據(jù)其主要結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度劃分為單苯環(huán)介體和多環(huán)或雜環(huán)介體。單苯環(huán)介體多為酚類的衍生醛、酮、酸等，如香草醛、丁香醛、芥子酸、乙酰丁香酮、乙酰香草酮和阿魏酸等。多環(huán)或雜環(huán)介體多為含氮、硫的雜環(huán)化合物，如ABTS、HBT、NHA、TEMPO、VA等。理想的漆酶介質(zhì)同時必須是一種良好的漆酶底物，其氧化還原形式必須穩(wěn)定、且不能抑制酶的活性，其氧化還原態(tài)轉(zhuǎn)換必須是可循環(huán)的[40-41]。另外，介體價格應(yīng)相對便宜且環(huán)境友好[39,42]。最初人們發(fā)現(xiàn)ABTS、HBT等雜環(huán)類介體與漆酶構(gòu)成的LMS對木質(zhì)素等多種底物具有良好的降解效果，但雜環(huán)和多環(huán)介體給環(huán)境造成了負擔(dān)，且對漆酶活性也有一定的影響[43～45]。而單苯環(huán)介體中多數(shù)是天然型介體，如乙酰丁香酮和丁香醛，最早在丁香的花瓣中和汁液中被發(fā)現(xiàn)，與人工合成的雜環(huán)或多環(huán)介體相比，具有來源清潔、價格低廉、低毒環(huán)保等特點。目前漆酶的天然介體日益受到人們的關(guān)注[39]。
造紙行業(yè)具有產(chǎn)量大、用水多、污染嚴重的特點。生物酶技術(shù)在造紙行業(yè)改造升級中發(fā)揮著重要的作用。LMS最初的發(fā)現(xiàn)正是源于利用云芝漆酶和ABTS降解木質(zhì)素，此后被廣泛研究并應(yīng)用于造紙行業(yè)[18]。LMS可以降低制漿過程中木質(zhì)素含量，去除膠黏物，改善紙漿性能[52-54];在漂白過程中，酶法漂白替代傳統(tǒng)化學(xué)漂白，能夠提高漂白亮度，降低環(huán)境污染[55-56];LMS用于造紙廢水的處理，可以顯著降低廢水中的木質(zhì)素含量、色度與化學(xué)需氧量值(chemical oxygen demand,COD)[57]。圖6 HAT型非酚底物氧化途徑[47,50]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]茶樹漆酶基因CsLAC4和CsLAC12的克隆與表達分析[J]. 黃晨,陳帥,程小芳,張新,黎星輝,孫曉玲. 植物保護學(xué)報. 2018(05)
[2]裂褶菌漆酶的酶學(xué)性質(zhì)及對造紙廢水深度處理研究[J]. 趙文娟,秦濤,張強,徐升運. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù). 2018(05)
[3]龍眼漆酶家族成員全基因組結(jié)構(gòu)與功能分析[J]. 徐小萍,陳曉慧,呂科良,陳旭,陳裕坤,林玉玲,賴鐘雄. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報. 2018(04)
[4]白樺漆酶BpLAC1基因生物信息學(xué)分析[J]. 馮連榮,宋立志,趙大根,王玉成,池玉杰. 南方林業(yè)科學(xué). 2017(03)
[5]漆酶/介體系統(tǒng)研究進展[J]. 羅爽,謝天,劉忠川,王剛剛. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報. 2015(06)
[6]木質(zhì)纖維素原料中漆酶天然介體的研究進展[J]. 邱衛(wèi)華,陳洪章. 生物工程學(xué)報. 2014(05)
[7]亞洲玉米螟兩種漆酶基因OfLac1和OfLac2 cDNA的克隆及基因表達[J]. 陳鵬,屈明博,楊君,楊青. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué). 2014(07)
[8]棉鈴蟲漆酶2基因的分子鑒定[J]. 曹治珊,劉孝明,安世恒,蔣金煒. 昆蟲學(xué)報. 2014(02)
[9]漆酶/介體體系降解黃麻纖維木質(zhì)素的研究[J]. 張勇兵,董愛學(xué),周春曉,袁久剛,王強,范雪榮,王平,崔莉. 生物學(xué)雜志. 2014(01)
本文編號：3432568
本文鏈接：http://sikaile.net/projectlw/swxlw/3432568.html
最近更新
教材專著
