真菌漆酶及其介体系统:来源、机理与应用
发布时间：2021-10-12 12:19
漆酶是一类含铜氧化酶,广泛分布于植物、真菌、细菌、昆虫中,它们能够高效催化芳香族和非芳香族化合物氧化降解,并最终将分子氧还原为水作为副产物。一些小分子介体能够进一步提高漆酶的降解底物范围、催化效率和稳定性。它们与漆酶构成漆酶/介体系统（laccase mediator systems,LMS）,能够更有效地降解非酚类、多环芳烃类等难降解化合物,在造纸制浆与漂白、染料脱色、环境脱毒等领域有着巨大的应用前景,成为近年来的研究热点之一。对漆酶的来源与功能、真菌漆酶结构与反应机理、介体类型与作用机理、LMS的应用进行了综述,以期为漆酶的应用研究提供参考。
【文章来源】：生物技术进展. 2020,10(01)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
云芝漆酶活性中心结构(A)[19,30-31]及其氧化松柏醇的反应机理(B)[27-28]
迄今为止，已有超过100种漆酶介体被报道[7]。根据其来源，常见介体主要分为两大类，即天然介体(natural mediators)和合成介体(synthetic mediators)[7,38]。天然介体有乙酰丁香酮(acetosyringone,AS)、乙酰香草酮(acetovanillone)、肉桂酸(cinnamic acid)、邻苯二酚(catechol)、针叶醇(coniferyl alcohol)、2,6-二甲基苯酚(2,6-dimethylphenol)、乙基香兰素(ethyl vanillin)、阿魏酸(ferulic acid)、没食子酸(gallic acid)、3-羟基邻氨基苯甲酸(3-hydroxyanthranilic acid)、4-羟基苯甲酸(4-hydroxybenzoic acid)、对香豆酸(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。合成介体有ABTS、N-羟基-N-乙酰基苯胺(N-hydroxyacetanilide,NHA)、1-羟基苯并三唑(1-hydroxybenzotriazole,HBT)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺(N-hydroxyphthalimide,HPI)、酚红(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，一些多金属氧酸盐(polyoxometalates,POM)具有氧化还原和催化的双功能，被作为漆酶介体用于辅助降解木质素和染料脱色[39]。笔者认为，介体也可以根据其主要结构的复杂程度划分为单苯环介体和多环或杂环介体。单苯环介体多为酚类的衍生醛、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。多环或杂环介体多为含氮、硫的杂环化合物，如ABTS、HBT、NHA、TEMPO、VA等。理想的漆酶介质同时必须是一种良好的漆酶底物，其氧化还原形式必须稳定、且不能抑制酶的活性，其氧化还原态转换必须是可循环的[40-41]。另外，介体价格应相对便宜且环境友好[39,42]。最初人们发现ABTS、HBT等杂环类介体与漆酶构成的LMS对木质素等多种底物具有良好的降解效果，但杂环和多环介体给环境造成了负担，且对漆酶活性也有一定的影响[43～45]。而单苯环介体中多数是天然型介体，如乙酰丁香酮和丁香醛，最早在丁香的花瓣中和汁液中被发现，与人工合成的杂环或多环介体相比，具有来源清洁、价格低廉、低毒环保等特点。目前漆酶的天然介体日益受到人们的关注[39]。
造纸行业具有产量大、用水多、污染严重的特点。生物酶技术在造纸行业改造升级中发挥着重要的作用。LMS最初的发现正是源于利用云芝漆酶和ABTS降解木质素，此后被广泛研究并应用于造纸行业[18]。LMS可以降低制浆过程中木质素含量，去除胶黏物，改善纸浆性能[52-54];在漂白过程中，酶法漂白替代传统化学漂白，能够提高漂白亮度，降低环境污染[55-56];LMS用于造纸废水的处理，可以显著降低废水中的木质素含量、色度与化学需氧量值(chemical oxygen demand,COD)[57]。图6 HAT型非酚底物氧化途径[47,50]
【参考文献】：
期刊论文
[1]茶树漆酶基因CsLAC4和CsLAC12的克隆与表达分析[J]. 黄晨,陈帅,程小芳,张新,黎星辉,孙晓玲. 植物保护学报. 2018(05)
[2]裂褶菌漆酶的酶学性质及对造纸废水深度处理研究[J]. 赵文娟,秦涛,张强,徐升运. 环境科学与技术. 2018(05)
[3]龙眼漆酶家族成员全基因组结构与功能分析[J]. 徐小萍,陈晓慧,吕科良,陈旭,陈裕坤,林玉玲,赖钟雄. 应用与环境生物学报. 2018(04)
[4]白桦漆酶BpLAC1基因生物信息学分析[J]. 冯连荣,宋立志,赵大根,王玉成,池玉杰. 南方林业科学. 2017(03)
[5]漆酶/介体系统研究进展[J]. 罗爽,谢天,刘忠川,王刚刚. 应用与环境生物学报. 2015(06)
[6]木质纤维素原料中漆酶天然介体的研究进展[J]. 邱卫华,陈洪章. 生物工程学报. 2014(05)
[7]亚洲玉米螟两种漆酶基因OfLac1和OfLac2 cDNA的克隆及基因表达[J]. 陈鹏,屈明博,杨君,杨青. 中国农业科学. 2014(07)
[8]棉铃虫漆酶2基因的分子鉴定[J]. 曹治珊,刘孝明,安世恒,蒋金炜. 昆虫学报. 2014(02)
[9]漆酶/介体体系降解黄麻纤维木质素的研究[J]. 张勇兵,董爱学,周春晓,袁久刚,王强,范雪荣,王平,崔莉. 生物学杂志. 2014(01)
本文编号：3432568
【文章来源】：生物技术进展. 2020,10(01)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
云芝漆酶活性中心结构(A)[19,30-31]及其氧化松柏醇的反应机理(B)[27-28]
迄今为止，已有超过100种漆酶介体被报道[7]。根据其来源，常见介体主要分为两大类，即天然介体(natural mediators)和合成介体(synthetic mediators)[7,38]。天然介体有乙酰丁香酮(acetosyringone,AS)、乙酰香草酮(acetovanillone)、肉桂酸(cinnamic acid)、邻苯二酚(catechol)、针叶醇(coniferyl alcohol)、2,6-二甲基苯酚(2,6-dimethylphenol)、乙基香兰素(ethyl vanillin)、阿魏酸(ferulic acid)、没食子酸(gallic acid)、3-羟基邻氨基苯甲酸(3-hydroxyanthranilic acid)、4-羟基苯甲酸(4-hydroxybenzoic acid)、对香豆酸(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。合成介体有ABTS、N-羟基-N-乙酰基苯胺(N-hydroxyacetanilide,NHA)、1-羟基苯并三唑(1-hydroxybenzotriazole,HBT)、N-羟基邻苯二甲酰亚胺(N-hydroxyphthalimide,HPI)、酚红(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，一些多金属氧酸盐(polyoxometalates,POM)具有氧化还原和催化的双功能，被作为漆酶介体用于辅助降解木质素和染料脱色[39]。笔者认为，介体也可以根据其主要结构的复杂程度划分为单苯环介体和多环或杂环介体。单苯环介体多为酚类的衍生醛、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。多环或杂环介体多为含氮、硫的杂环化合物，如ABTS、HBT、NHA、TEMPO、VA等。理想的漆酶介质同时必须是一种良好的漆酶底物，其氧化还原形式必须稳定、且不能抑制酶的活性，其氧化还原态转换必须是可循环的[40-41]。另外，介体价格应相对便宜且环境友好[39,42]。最初人们发现ABTS、HBT等杂环类介体与漆酶构成的LMS对木质素等多种底物具有良好的降解效果，但杂环和多环介体给环境造成了负担，且对漆酶活性也有一定的影响[43～45]。而单苯环介体中多数是天然型介体，如乙酰丁香酮和丁香醛，最早在丁香的花瓣中和汁液中被发现，与人工合成的杂环或多环介体相比，具有来源清洁、价格低廉、低毒环保等特点。目前漆酶的天然介体日益受到人们的关注[39]。
造纸行业具有产量大、用水多、污染严重的特点。生物酶技术在造纸行业改造升级中发挥着重要的作用。LMS最初的发现正是源于利用云芝漆酶和ABTS降解木质素，此后被广泛研究并应用于造纸行业[18]。LMS可以降低制浆过程中木质素含量，去除胶黏物，改善纸浆性能[52-54];在漂白过程中，酶法漂白替代传统化学漂白，能够提高漂白亮度，降低环境污染[55-56];LMS用于造纸废水的处理，可以显著降低废水中的木质素含量、色度与化学需氧量值(chemical oxygen demand,COD)[57]。图6 HAT型非酚底物氧化途径[47,50]
【参考文献】：
期刊论文
[1]茶树漆酶基因CsLAC4和CsLAC12的克隆与表达分析[J]. 黄晨,陈帅,程小芳,张新,黎星辉,孙晓玲. 植物保护学报. 2018(05)
[2]裂褶菌漆酶的酶学性质及对造纸废水深度处理研究[J]. 赵文娟,秦涛,张强,徐升运. 环境科学与技术. 2018(05)
[3]龙眼漆酶家族成员全基因组结构与功能分析[J]. 徐小萍,陈晓慧,吕科良,陈旭,陈裕坤,林玉玲,赖钟雄. 应用与环境生物学报. 2018(04)
[4]白桦漆酶BpLAC1基因生物信息学分析[J]. 冯连荣,宋立志,赵大根,王玉成,池玉杰. 南方林业科学. 2017(03)
[5]漆酶/介体系统研究进展[J]. 罗爽,谢天,刘忠川,王刚刚. 应用与环境生物学报. 2015(06)
[6]木质纤维素原料中漆酶天然介体的研究进展[J]. 邱卫华,陈洪章. 生物工程学报. 2014(05)
[7]亚洲玉米螟两种漆酶基因OfLac1和OfLac2 cDNA的克隆及基因表达[J]. 陈鹏,屈明博,杨君,杨青. 中国农业科学. 2014(07)
[8]棉铃虫漆酶2基因的分子鉴定[J]. 曹治珊,刘孝明,安世恒,蒋金炜. 昆虫学报. 2014(02)
[9]漆酶/介体体系降解黄麻纤维木质素的研究[J]. 张勇兵,董爱学,周春晓,袁久刚,王强,范雪荣,王平,崔莉. 生物学杂志. 2014(01)
本文编号：3432568
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