เอนไซม์แลคเคส , diphenol p-: oxidoreductases dioxygen-benzenediol oxidoreductases ออกซิเจน , หรือเอนไซม์ที่อยู่ในกลุ่มของเอนไซม์ที่เรียกว่า oxidases "oxidases สีฟ้าทองแดง"
พวกมันมีอยู่ในพืชชั้นสูงแมลงบางชนิดในแบคทีเรียและในเชื้อราทั้งหมดที่ได้รับการศึกษา ลักษณะสีฟ้าเป็นผลิตภัณฑ์ของอะตอมทองแดงสี่อะตอมที่ติดอยู่กับโมเลกุลที่จุดเร่งปฏิกิริยา
การแสดงกราฟิกของโครงสร้างโมเลกุลของเอนไซม์ Laccase (ที่มา: Jawahar Swaminathan และเจ้าหน้าที่ MSD ที่ European Bioinformatics Institute ผ่าน Wikimedia Commons)
เอนไซม์เหล่านี้ได้รับการอธิบายโดย Yoshida et al ในปีพ. ศ. 2426 เมื่อศึกษาเรซินของต้น Rhus vernicifera หรือ "lacquer tree" ของญี่ปุ่นซึ่งมีการพิจารณาว่าหน้าที่หลักของพวกมันคือการเร่งปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันและการทำปฏิกิริยาดีโพลิเมอไรเซชันของสารประกอบ
ต่อมามีการค้นพบว่าในเชื้อราโปรตีนเหล่านี้ที่มีกิจกรรมของเอนไซม์มีหน้าที่เฉพาะในกลไกการกำจัดฟีนอลที่เป็นพิษจากสิ่งแวดล้อมที่พวกมันเติบโตในขณะที่ในพืชพวกมันเกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์เช่นการทำให้เป็นลิกนิฟิเคชัน
ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการศึกษาเอนไซม์เหล่านี้อนุญาตให้ใช้ในระดับอุตสาหกรรมซึ่งมีการใช้ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของการบำบัดทางชีวภาพสิ่งทอในการกำจัดสีย้อมที่ใช้กับสิ่งทอในอุตสาหกรรมกระดาษ คนอื่น ๆ
สาเหตุหลักที่ทำให้แลคเคสน่าสนใจมากจากมุมมองของอุตสาหกรรมเกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของพวกมันเกี่ยวข้องกับการลดออกซิเจนในโมเลกุลและการผลิตน้ำเป็นองค์ประกอบทุติยภูมิ
ลักษณะเฉพาะ
เอนไซม์แลคเคสสามารถหลั่งหรือพบได้ในบริเวณภายในเซลล์ แต่ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตที่ศึกษา อย่างไรก็ตามเรื่องนี้เอนไซม์ส่วนใหญ่ที่วิเคราะห์ (ยกเว้นโปรตีนบางชนิดจากเชื้อราและแมลงบางชนิด) เป็นโปรตีนนอกเซลล์
การกระจาย
เอนไซม์เหล่านี้ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นส่วนใหญ่พบในเชื้อราพืชชั้นสูงแบคทีเรียและแมลงบางชนิด
ในบรรดาพืชที่ได้รับการพิสูจน์การดำรงอยู่ของมัน ได้แก่ ต้นแอปเปิ้ลหน่อไม้ฝรั่งมันฝรั่งลูกแพร์มะม่วงพีชต้นสนลูกพลัมเป็นต้น แมลงที่แสดงออกโดย Laccase ส่วนใหญ่เป็นจำพวก Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius และอื่น ๆ
เชื้อราเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีการแยกและศึกษาแลคเคสจำนวนมากที่สุดและหลากหลายชนิดและเอนไซม์เหล่านี้มีอยู่ทั้งในแอสโคไมซีตและดิวเทอโรไมซีตและเบสไดโอไมซีต
ปฏิกิริยาทางเคมี
ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย laccases ประกอบด้วย monoelectronic oxidation ของโมเลกุลสารตั้งต้นซึ่งอาจอยู่ในกลุ่มของฟีนอลสารประกอบอะโรมาติกหรืออะลิฟาติกเอมีนกับอนุมูลปฏิกิริยาที่สอดคล้องกัน
ผลของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาคือการลดโมเลกุลของออกซิเจนหนึ่งโมเลกุลให้เป็นโมเลกุลของน้ำสองโมเลกุลและการออกซิเดชั่นในเวลาเดียวกันจากโมเลกุลของสารตั้งต้น 4 โมเลกุลเพื่อสร้างอนุมูลอิสระที่เกิดปฏิกิริยาสี่ตัว
อนุมูลอิสระระดับกลางสามารถจับตัวและก่อตัวเป็นตัวหรี่โอลิโกเมอร์หรือโพลีเมอร์ได้ดังนั้นจึงมีการกล่าวว่าแลคเคสเร่งปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันและปฏิกิริยา "ดีโพลิเมอไรเซชัน"
โครงสร้าง
แลคเคสเป็นไกลโคโปรตีนนั่นคือเป็นโปรตีนที่มีโอลิโกแซ็กคาไรด์ตกค้างโควาเลนต์ที่เชื่อมโยงกับสายโซ่โพลีเปปไทด์และสิ่งเหล่านี้แสดงถึงระหว่าง 10 ถึง 50% ของน้ำหนักทั้งหมดของโมเลกุล (ในเอนไซม์พืชเปอร์เซ็นต์อาจสูงกว่าเล็กน้อย) .
ส่วนคาร์โบไฮเดรตของโปรตีนประเภทนี้มีโมโนแซ็กคาไรด์เช่นกลูโคสแมนโนสกาแลคโตสฟูโคสอาราบิโนสและเฮกโซซามีนบางชนิดและไกลโคซิเลชันมีบทบาทสำคัญในการหลั่งความไวต่อการย่อยโปรตีนกิจกรรมการกักเก็บทองแดงและ เสถียรภาพทางความร้อนของโปรตีน
โดยทั่วไปเอนไซม์เหล่านี้มักพบในธรรมชาติเป็นโมโนเมอร์หรือโฮโมไดเมอร์และน้ำหนักโมเลกุลของโมโนเมอร์แต่ละตัวอาจแตกต่างกันระหว่าง 60 ถึง 100 kDa
ศูนย์กลางการเร่งปฏิกิริยาของแลคเคสประกอบด้วยอะตอมของทองแดง (Cu) สี่อะตอมซึ่งทำให้โมเลกุลโดยทั่วไปมีสีฟ้าเนื่องจากการดูดกลืนทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เกิดขึ้นในพันธะทองแดง - ทองแดง (Cu-Cu)
แลคเคสผักมีจุดไอโซอิเล็กทริกที่มีค่าใกล้เคียงกับ 9 (ค่อนข้างเป็นพื้นฐาน) ในขณะที่เอนไซม์ของเชื้อราอยู่ระหว่างจุดไอโซอิเล็กทริกที่ 3 และ 7 (ดังนั้นจึงเป็นเอนไซม์ที่ทำงานในสภาวะที่เป็นกรด)
isoenzymes
เชื้อราที่ผลิตแลคเคสจำนวนมากยังมีไอโซฟอร์มลาเคสซึ่งเข้ารหัสโดยยีนเดียวกันหรือโดยยีนที่ต่างกัน ไอโซเอ็นไซม์เหล่านี้แตกต่างจากกันส่วนใหญ่ในแง่ของความเสถียร pH และอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการเร่งปฏิกิริยาและความสัมพันธ์ของสารตั้งต้นประเภทต่างๆ
ภายใต้เงื่อนไขบางประการไอโซเอนไซม์เหล่านี้อาจมีหน้าที่ทางสรีรวิทยาที่แตกต่างกัน แต่ขึ้นอยู่กับชนิดหรือสภาพที่มันอาศัยอยู่
คุณสมบัติ
นักวิจัยบางคนแสดงให้เห็นว่า laccases มีส่วนเกี่ยวข้องกับ "sclerotization" ของหนังกำพร้าในแมลงและการรวมตัวของสปอร์ที่ทนต่อแสงอัลตราไวโอเลตในจุลินทรีย์ในสกุลบาซิลลัส
ในพืช
ในสิ่งมีชีวิตของพืช laccases มีส่วนร่วมในการก่อตัวของผนังเซลล์ในกระบวนการ lignification และ "delignification" (การสูญเสียหรือการสลายตัวของลิกนิน) และยิ่งไปกว่านั้นพวกมันยังเกี่ยวข้องกับการล้างพิษของเนื้อเยื่อผ่านการออกซิเดชั่นของฟีนอลต้านเชื้อราหรือการปิดการทำงานของไฟโตอาเลซิน
ในเห็ด
สิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้มีจำนวนมากอย่างมีนัยสำคัญแลคเคสมีส่วนร่วมในกระบวนการทางเซลล์และสรีรวิทยาที่หลากหลาย ในหมู่พวกเขาเราสามารถกล่าวถึงการป้องกันเชื้อราที่ทำให้เกิดโรคของแทนนินและ "ไฟโตอาเลซิน" จากพืช ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่าสำหรับเชื้อราเอนไซม์เหล่านี้เป็นปัจจัยที่ทำให้เกิดความรุนแรง
Laccases ยังมีหน้าที่ในการสร้าง morphogenesis และความแตกต่างของความต้านทานและโครงสร้างสปอร์ของ basidiomycetes เช่นเดียวกับการย่อยสลายทางชีวภาพของลิกนินในเชื้อราที่ย่อยสลายเนื้อเยื่อของไม้ยืนต้น
ในขณะเดียวกันแลคเคสมีส่วนร่วมในการสร้างเม็ดสีในไมซีเลียและเนื้อผลของเชื้อราหลายชนิดและมีส่วนช่วยในกระบวนการยึดเกาะของเซลล์และเซลล์ในการก่อตัวของ "กาว" โพลีฟีนอลิกที่จับไฮฟาและในการหลบหลีก ของระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์ที่ติดเชื้อราที่ทำให้เกิดโรค
ในอุตสาหกรรม
เอนไซม์เฉพาะเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในเชิงอุตสาหกรรมเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ แต่เอนไซม์ที่โดดเด่นที่สุดสอดคล้องกับอุตสาหกรรมสิ่งทอและกระดาษและการบำบัดทางชีวภาพและการปนเปื้อนของน้ำเสียที่เกิดจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมอื่น ๆ
โดยเฉพาะอย่างยิ่งเอนไซม์เหล่านี้มักใช้สำหรับการออกซิเดชั่นของฟีนอลและอนุพันธ์ที่มีอยู่ในน้ำที่ปนเปื้อนกับของเสียอุตสาหกรรมซึ่งผลิตภัณฑ์เร่งปฏิกิริยาไม่ละลายน้ำ (โพลีเมอไรซ์) และตกตะกอนซึ่งทำให้แยกออกได้ง่าย
ในอุตสาหกรรมอาหารพวกเขาก็มีความสำคัญเช่นกันเนื่องจากการกำจัดสารประกอบฟีนอลิกเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำให้เครื่องดื่มมีเสถียรภาพเช่นไวน์เบียร์และน้ำผลไม้ธรรมชาติ
ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางในการสังเคราะห์ทางเคมีของสารประกอบหลายชนิดในการบำบัดทางชีวภาพในดินและในนาโนเทคโนโลยี
สิ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ laccase จากเชื้อรา แต่เมื่อไม่นานมานี้ได้มีการระบุว่าแลคเคสของแบคทีเรียมีลักษณะที่โดดเด่นมากขึ้นจากมุมมองของอุตสาหกรรม มีความสามารถในการทำงานร่วมกับสารตั้งต้นที่หลากหลายและในช่วงอุณหภูมิและ pH ที่กว้างขึ้นรวมทั้งมีความเสถียรมากกว่ามากกับสารยับยั้ง
อ้างอิง
- Claus, H. (2004). Laccases: โครงสร้างปฏิกิริยาการกระจาย ไมครอน, 35, 93–96
- Couto, SR, Luis, J. , & Herrera, T. (2006). การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพของ laccases: บทวิจารณ์ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพ 24, 500–513
- Madhavi, V. , & Lele, SS (2009). Laccase: คุณสมบัติและการใช้งาน แหล่งชีววิทยา, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S. , Molecolare, R. , & Bianco, VM (2006) Laccases: เอนไซม์สีน้ำเงินสำหรับเคมีสีเขียว แนวโน้มของเทคโนโลยีชีวภาพ, 24 (5), 219–226
- Singh, P. , Bindi, C. , & Arunika, G. (2017). Bacterial laccase: การปรับปรุงล่าสุดเกี่ยวกับการผลิตคุณสมบัติและการใช้งานในอุตสาหกรรม ไบโอเทค, 7 (323), 1–20.