ЛАКАЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - НАУКА - 2025

На лаказата, р- дифенолни: оксидоредуктази диоксид-бензендиол кислородни оксидоредуктази, или, са ензими, принадлежащи към групата на ензими, наречени оксидази "син медни оксидази".

Те съществуват във висшите растения, в някои насекоми, в бактерии и в практически всички гъбички, които са изследвани; неговият характерен син цвят е продукт на четири медни атома, прикрепени към молекулата на нейното каталитично място.

Графично представяне на молекулната структура на ензима Laccase (Източник: Jawahar Swaminathan и MSD служители на Европейския институт по биоинформатика чрез Wikimedia Commons)

Тези ензими са описани от Yoshida et al. През 1883 г., когато се изследва смолата на дървото Rhus vernicifera или японското "лаково дърво", където е определено, че основната им функция е да катализират реакциите на полимеризация и деполимеризация на съединенията.

Много по-късно беше открито, че при гъбичките тези протеини с ензимна активност имат специфични функции в механизмите за отстраняване на токсични феноли от околната среда, където те растат, докато в растенията участват в синтетични процеси като лигнификация.

Научният напредък по отношение на изучаването на тези ензими позволи използването им на индустриално ниво, където техният каталитичен капацитет е използван, особено в контекста на биоремедиацията, текстила, при отстраняването на оцветители, прилагани върху текстила, в хартиената индустрия, сред др.

Основните причини, поради които лаказите са толкова интересни от индустриална гледна точка, са свързани с факта, че техните окислителни реакции просто включват намаляване на молекулния кислород и производството на вода като вторичен елемент.

характеристики

Лазерните ензими могат да бъдат секретирани или открити в междуклетъчната област, но това зависи от организма, който се изследва. Въпреки това, повечето от анализираните ензими (с изключение на някои протеини от определени гъбички и насекоми) са извънклетъчни протеини.

разпределение

Тези ензими, както беше обсъдено по-горе, се срещат предимно в гъбички, висши растения, бактерии и някои видове насекоми.

Сред растенията, където е доказано съществуването му, са ябълкови дървета, аспержи, картофи, круши, манго, праскови, борове, сливи и други. Лакей-експресиращите насекоми принадлежат главно към родовете Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius и други.

Гъбичките са организмите, от които е изолиран и изследван най-голям брой и разнообразие от лакази и тези ензими присъстват както в аскомицетите, така и в дейтеромицетите и в базидиомицетите.

катализа

Реакцията, катализирана от лакази, се състои от моноелектронно окисляване на субстратна молекула, която може да принадлежи към групата на феноли, ароматни съединения или алифатни амини, към съответния реактивен радикал.

Резултатът от каталитичната реакция е редуцирането на една молекула кислород до две водни молекули и едновременно с това окисляването на четири субстратни молекули, за да се получат четири реактивни свободни радикала.

Междинните свободни радикали могат да се присъединят и да образуват димери, олигомери или полимери, така че се казва, че лаказите катализират реакциите на полимеризация и "деполимеризация".

структура

Лаказите са гликопротеини, тоест те са протеини, които имат олигозахаридни остатъци, ковалентно свързани с полипептидната верига, и те представляват между 10 и 50% от общото тегло на молекулата (в растителните ензими процентът може да е малко по-висок), Въглехидратната част на този вид протеин съдържа монозахариди, като глюкоза, маноза, галактоза, фукоза, арабиноза и някои хексозамини, а гликозилирането се смята, че играе важна роля в секрецията, протеолитичната чувствителност, активността, задържането на мед и др. термичната стабилност на протеина.

Тези ензими обикновено се срещат в природата като мономери или хомодимери и молекулното тегло на всеки мономер може да варира между 60 и 100 kDa.

Каталитичният център на лакази е изграден от четири медни (Cu) атома, които придават на молекулата като цяло син цвят поради електронното усвояване, което се осъществява в медно-медната (Cu-Cu) връзка.

Растителните лакази имат изоелектрични точки със стойности близки до 9 (доста основни), докато гъбичните ензими са между изоелектрични точки от 3 и 7 (така че те са ензими, които работят в киселинни условия).

изоензими

Много гъбички, произвеждащи лака, също имат лакомни изоформи, които са кодирани от един и същ ген или от различни гени. Тези изоензими се различават един от друг главно по отношение на тяхната стабилност, оптималното им рН и температура за катализиране и афинитета си към различни видове субстрат.

При определени условия тези изоензими могат да имат различни физиологични функции, но това зависи от вида или състоянието, в което живее.

Характеристика

Някои изследователи са показали, че лакеите участват в „склеротизацията“ на кутикулата при насекоми и в сглобяването на спори, устойчиви на ултравиолетова светлина, в микроорганизми от рода Bacillus.

В растенията

В растителните организми лаказите участват във формирането на клетъчната стена, в процесите на лигнификация и "делигнификация" (загуба или разпадане на лигнин); и освен това, те са свързани с детоксикацията на тъканите чрез окисляване на противогъбични феноли или дезактивиране на фитоалексини.

В гъбите

Значително изобилен в тази група организми, лакеите участват в различни клетъчни и физиологични процеси. Сред тях можем да споменем защитата на патогенните гъбички на танините и растителните „фитоалексини“; така че може да се каже, че за гъбите тези ензими са фактори на вирулентност.

Лаказите имат функции и в морфогенезата и диференцирането на устойчивостта и споровите структури на базидиомицетите, както и в биоразграждането на лигнин при гъбички, които разграждат тъканите на дървесни видове растения.

В същото време лакеите участват във формирането на пигменти в мицелиите и плододаващите тела на много гъбички и допринасят за процесите на адхезия на клетъчните клетки, за образуването на полифенолно „лепило“, което свързва хифите, и в укриване. на имунната система на домакините, заразени с патогенни гъбички.

В индустрията

Тези конкретни ензими се използват индустриално за различни цели, но най-забележителните от тях съответстват на текстилната и хартиената промишленост и на биоремедиацията и обеззаразяването на отпадъчните води, произведени от други промишлени процеси.

По-специално, тези ензими често се използват за окисляване на феноли и техните производни във вода, замърсена с промишлени отпадъци, чиито продукти на катализа са неразтворими (полимеризирани) и утайки, което ги прави лесно отделими.

В хранително-вкусовата промишленост те също имат някакво значение, тъй като отстраняването на фенолни съединения е необходимо за стабилизиране на напитки като вино, бира и натурални сокове.

Използват се в козметичната индустрия, в химичния синтез на много съединения, в почвената биоремедиация и в нанобиотехнологиите.

Най-широко използвани са лакове от гъбички, но наскоро бе установено, че бактериалният лак има по-изявени характеристики от индустриална гледна точка; Те са способни да работят с по-голямо разнообразие от субстрати и при много по-широки граници на температура и pH, както и да са много по-стабилни срещу инхибиторни агенти.

Препратки

1. Claus, H. (2004). Лакази: структура, реакции, разпределение. Микрон, 35, 93–96.
2. Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Промишлени и биотехнологични приложения на лакади: Преглед. Биотехнологични постижения, 24, 500–513.
3. Madhavi, V., & Lele, SS (2009). Лак: свойства и приложения. Биоресурси, 4 (4), 1694–1717.
4. Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Лакази: сини ензими за зелена химия. Тенденции в биотехнологиите, 24 (5), 219–226.
5. Singh, P., Bindi, C., & Arunika, G. (2017). Бактериален лак: скорошна актуализация на производството, свойствата и индустриалните приложения. Биотех, 7 (323), 1–20.