漆酶介导生物体内酚类氧化偶联的基本原理及其在绿色合成中的应用

漆酶(Laccase,p-diphenol dioxygen oxidoreductases,EC 1.10.3.2)是一类包含三核铜簇位点的多酚氧化还原酶,广泛存在于细菌、真菌、高等植物和昆虫体内。该类酶不仅能够促进生态系统中高分子木质素和腐殖质聚合物的生物分解,还可以催化有机体内单酚和多酚类化合物参与黑色素、木质素、黄酮类和角质层等功能酚聚合物的生物合成。漆酶介导有机物的分解代谢和合成代谢机制有益于生态环境中碳循环和生物形态发生变化。在生物体内,漆酶催化天然酚类单电子氧化形成苯氧活性自由基或醌类中间体,随后这些活性中间体发生自我偶联或交叉偶联反应,生成多种结构复杂的大分子C-C、C-O-C或C-N-C功能聚合产物。因此,通过人工模拟漆酶催化生物体内的绿色合成代谢机理和路径,合理设计和定向改造漆酶在生物体外催化酚类底物偶联形成大分子功能聚合产物的结构和特性,有望为拓展和研发漆酶在绿色合成化学中的多功能应用提供丰富的参考价值和新颖的见解思路。     

毛栓菌产漆酶

<正>漆酶是一种环境友好型酶类,其催化底物单电子氧化形成自由基,同时将分子氧还原形成水,产生的自由基则耦合成二聚体或低聚物。漆酶可催化氧化多种底物,如酚类及其衍生物、芳胺及其衍生物、羟酸及其衍生物、一些金属有机化合物和甾类激素、生物色素等,在环境保护与修复、造纸工业、有机合成、食品工业、生物监测等领域有着广泛的应用前景。例如在染料脱色方面,以白腐真菌为主的一组丝状真菌对染料的降解脱色在近二十年来成为染料生物脱色研究的热点和主流。尽管漆酶在自然界中分布广泛,但     

漆酶介体催化的研究进展

漆酶是一种含铜多酚氧化酶,可催化氧化酚型底物,不能氧化降解非酚型结构单元,但介体的加入可实现漆酶与非酚类底物间的电子传递,实现漆酶对非酚型底物的最终氧化。文章综述漆酶介体催化常用介体及其研究进展,并针对合成介体有毒价高、天然介体提取纯化复杂的特点,提出一种新型介体——木质素降解产物中的漆酶介体。     

真菌漆酶的结构与功能

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,能催化氧化酚类和芳香类化合物,同时伴随4个电子的转移,并将分子氧还原成水。漆酶结构的解析是阐明其催化作用机理、了解蛋白质结构与功能关系的基础。综述近年来对真菌漆酶蛋白结构及其功能研究的进展。     

漆酶可降解底物种类的研究进展

漆酶是一种含铜离子的多酚氧化酶,广泛存在于植物及真菌中。漆酶含特有的铜离子,其功能为传递结构中的电子,使漆酶具有了较强的氧化还原能力,能与木质素、胺类化合物、芳香化合物等底物发生作用,且大多数反应的唯一产物为水。目前,漆酶在降解多种有毒物质和有害污染物方面表现出高效、成本较低的特性,如白腐真菌所产的高水平漆酶已广泛成熟应用在工业废水处理等生物整治和修复领域。近年来最新研究利用载体固定化酶的技术使漆酶能够在使用后回收反复利用且更具有稳定性,这降低成本的同时还保持了漆酶催化氧化的特性,克服了不少漆酶在解决环境污染中出现的问题。利用介体的介导作用解决了漆酶氧化还原电势较低的问题,大量增多了可降解底物的种类,使其在废水处理、污染物降解、土壤修复、工业染料漂白等领域的应用前景更广阔。对现有漆酶应用于各领域进行研究总结,综述了降解各领域中的有害污染物等底物种类,提出了利用漆酶的降解过程中的现有不足和改进方向,以期为生物法降解环境污染物的研究提供参考。     

真菌漆酶及其介体系统：来源、机理与应用

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。     

漆酶的固定化及其在生物传感器方面的应用

漆酶是一类含铜的多酚氧化酶,它能够催化许多酚类和非酚类物质的氧化.固定化漆酶能改善漆酶的稳定性,实现酶制剂的重复连续使用,具有重要意义.该文综述了漆酶固定化的各种方法,阐述了漆酶相关活性、机械性能和功能等内容,并对漆酶固定化在生物传感器方面的应用作了介绍.     

真菌漆酶的性质、生产及应用研究进展

作为一种含铜的多酚氧化酶,真菌漆酶比细菌漆酶、植物漆酶等具有更好的热稳定性、金属离子耐受性及更高的底物催化氧化性,在工农业及环境领域的应用中得到了较高的关注。目前普遍认为,限制漆酶广泛应用的因素在于漆酶的生产规模、成本与性质。真菌漆酶的生产模式包括固态发酵和液体发酵,工业生产基本以液体发酵为主。除了在染料脱色、染织废水处理、纸浆漂白等过程中的应用,最新的研究不断拓展了漆酶新的用途,对近年来真菌漆酶的发酵生产、酶学性质及应用研究中的最新结果进行了概述。     

漆酶空间结构、反应机理及应用

漆酶 (EC 1.10.3.2) 属于多铜氧化酶家族,可以催化氧化酚类和芳香类化合物,利用自由基反应机理完成4个电子的转移,并将分子氧还原成水。漆酶具有非常保守的拓扑学结构,结合作者自身工作实践,对漆酶结构与功能的最新研究进展进行综述,其中对漆酶的三维结构、活性中心、催化机理研究和最新的应用进展作重点阐述。     

漆酶结构的研究进展

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,具有特异的氧化还原电位,能够催化氧化酚类和芳胺类化合物,同时伴随4个电子的传递,最终将O2还原成水。本文就近年来漆酶的结构及其特性的研究进展做扼要综述。     

液态生产胞外漆酶大型真菌高产菌株筛选x

依照真菌漆酶催化特定作用底物进行氧化还原反应结果的特性,设计了一个采用愈创木酚和α-萘酚作为酶反应显色判别依据和产酶菌株筛选的限制性驯化剂,同时结合选用木质素作为产酶诱导强化因子的筛选分析模版,对保藏和外购的常见大型担子菌和食用真菌进行产酶性能分析。结果发现,这些菌株均不能有效地生产漆酶或酶活性很低,以该模版作为初筛手段从杨树林等野生菌菇生长地中分离得到15株产酶野生微生物,经反复筛选得到3株酶活性较高的大型真菌株A21、X18和Y11,其胞外漆酶活力分别为255.9、248.7和277.3U.ml-1,具有可观的产业化生产开发应用潜力。     

液态生产胞外漆酶大型真菌高产菌株筛选

依照真菌漆酶催化特定作用底物进行氧化还原反应结果的特性,设计了一个采用愈创木酚和α-萘酚作为酶反应显色判别依据和产酶菌株筛选的限制性驯化剂,同时结合选用木质素作为产酶诱导强化因子的筛选分析模版,对保藏和外购的常见大型担子菌和食用真菌进行产酶性能分析。结果发现,这些菌株均不能有效地生产漆酶或酶活性很低,以该模版作为初筛手段从杨树林等野生菌菇生长地中分离得到15株产酶野生微生物,经反复筛选得到3株酶活性较高的大型真菌株A21、X18和Y11,其胞外漆酶活力分别为255.9、248.7 和277.3 U·ml^-1,具有可观的产业化生产开发应用潜力。     

生物催化中的酶固定化研究进展

生物催化是指利用酶或者生物有机体(细胞、细胞器和组织等)作为催化剂进行化学转化的反应过程。酶催化在食品、化学和制药等不同领域的应用中发挥着重要作用,促进了绿色制造以及精细化学品,食品添加剂和药物的可持续生产。在工业化酶促反应中,酶的固定化有助于实现酶的回收或可重复使用并提高其稳定性。随着现代生物技术的不断发展以及学科间的相互渗透,相较于基于普适性思维设计的传统固定化酶策略,根据酶的特性以及应用需求研发的新型固定化方法,以及微/纳米结构等具有优秀比表面积材料的出现,都提供了高负载的固定化材料,并通过多功能的固定化方法有效提高了酶的固定化效率。作为现代合成化学中低碳经济的生产工具,酶提供的化学反应种类几乎可以涵盖所有传统有机合成中的反应策略,因其固定化形态更利于工业化生产,酶固定化技术备受关注。因此,本文对生物催化领域中酶的固定化策略和相关应用进展进行了总结。     

2-卤代酸脱卤酶研究进展

2-卤代酸脱卤酶(EC 3.8.1.X)催化2-卤代酸脱卤水解形成相应的2-羟基酸。该类酶不仅能够降解环境中的卤代污染物,而且具有宽广底物谱和高效手性拆分特性,因而在环保和手性中间体的绿色合成中具有广阔应用前景。目前已经对多种2-卤代酸脱卤酶进行生化特性表征,并对酶分子三维结构及催化机制进行了深入研究。文中从2-卤代酸脱卤酶的来源、蛋白质结构与催化反应机制、催化特性及应用方面等研究取得的新进展进行综述,并展望了2-卤代酸脱卤酶的进一步研究方向。     

偏肿拟栓菌 Pseudotrametes gibbosa 产漆酶的条件优化

漆酶是一类含铜的多酚氧化酶,广泛存在于真菌,尤其是白腐真菌(Thurston 1994),是重要的产漆酶菌.由于漆酶能够催化许多芳香族化合物和广泛的作用底物,具有很大的实际应用价值.     

细菌漆酶的研究及应用进展北大核心CSCD

漆酶作为一种绿色环保的多酚氧化酶类,目前被广泛地应用于染料降解、造纸等领域。细菌漆酶与真菌漆酶相比,有更好的热稳定性和更宽的最适pH范围。因此,在工业应用方面更具优势与潜力。综述细菌漆酶的来源、分布、分子结构等基本信息,以及目前细菌漆酶发酵生产水平,并对固定化细菌漆酶进行总结。此外,对细菌漆酶在染料废水、电化学应用及造纸等工业生产方面的应用作简要的介绍。     

酪氨酸酶、漆酶和谷氨酰胺转氨酶催化交联蛋白质的比较分析

蛋白质交联在食品加工、组织工程、酶工程和药物传递等领域具有广泛用途。以酪蛋白和牛血清白蛋白(BSA)为模式蛋白,考察酪氨酸酶、漆酶和谷氨酰胺转氨酶催化蛋白质交联的底物特异性及交联规律,揭示酶对底物蛋白质结构及反应条件的要求。采用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析酶催化蛋白质交联规律,激光粒度分布仪测量交联产物粒径。结果表明：酪氨酸酶、漆酶和谷氨酰胺转氨酶对底物的特异性有共同特征,即均可以催化结构松散的蛋白质分子(酪蛋白)交联,但不能催化结构紧密的蛋白质分子(BSA)交联;还原剂二硫苏糖醇(DTT)的加入能促进酶催化BSA交联反应;DTT对酪氨酸酶和谷氨酰胺转氨酶催化酪蛋白交联无影响,但抑制漆酶对酪蛋白的交联。     

壳聚糖固定化真菌漆酶及其用于处理酚类污染物的研究

Trametessp. AH282在液体培养条件下经邻甲苯胺诱导能有效合成漆酶同工酶A。以壳聚糖为载体,戊二醛为交联剂进行了漆酶A的固定化研究,确定酶固定化适宜条件为：0.1g壳聚糖与15 mL 5%戊二醛交联8 h后,加入30.0U酶固定12h。在此条件下获得的固定化漆酶催化能力为176.4U/g载体,酶活回收率58.5%。与游离酶相比,固定化漆酶与作用底物愈创木酚的亲和力降低,但固定化酶的稳定性有明显改善。固定化漆酶的最适温度为55℃,比游离酶提高5℃;70℃条件下保温8 h,固定化酶保留酶活56.5%,而在相同条件下游离酶酶活明显下降。使用固定化漆酶反应装置进行酚类化合物转化实验,连续进行12批次操作,固定化酶酶活仍保持60%以上,漆酶使用效率明显提高。     

多功能过氧化物酶介导Mn(III)络合体系对酚类化合物的氧化降解

【背景】酚类化合物是环境中主要的水体污染物之一。多功能过氧化物酶(versatile peroxidase,VP)介导的Mn (III)-有机酸络合体系具有较高的氧化还原电势,在酚类有机污染物降解方面具有巨大潜力。【目的】探究VP介导的Mn (III)-有机酸络合体系降解酚类化合物的能力,为酚类化合物的降解提供新的思路和方法。【方法】研究选取了糙皮侧耳(Pleurotus eryngii)来源的多功能过氧化物酶(PeVP),采用包涵体复性的方法获得了PeVP活性蛋白,并对重组PeVP进行酶学性质研究及Mn (III)络合体系反应条件优化,进而探究Mn (III)络合体系对酚类污染物的氧化降解能力。【结果】确定了PeVP包涵体复性最佳条件为：pH 9.5、10%甘油、0.5 mol/L尿素、0.5 mmol/L氧化型谷胱甘肽(glutathione oxidized,GSSG)、0.1 mmol/L二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)、0.1 mmol/L乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetic acid,EDTA)、5 mmol/L CaCl₂、5µmol/L羟高铁血红素(hematin),4℃静置透析24 h,最后5µmol/L hematin孵育12 h。通过对PeVP介导的Mn (III)-有机酸络合体系优化,确定了最优反应条件为：75 mmol/L苹果酸缓冲液(pH 4.5)、6 mmol/L Mn²⁺和0.2 mmol/L H₂O₂。在上述条件下,探究了络合体系对2,2-丁香醛连氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2,2ʹ-azinobis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate),ABTS]、2,6-二甲氧基苯酚(2,6-dimethoxyphenol,DMP)、愈创木酚和丁香醛连氮4种酚类模式底物的催化活性,发现在pH 4.5条件下,络合体系对酚类模式底物的氧化活性可达到PeVP直接氧化活性的1.5−7.5倍,并且在16 h的酶解过程中,苯酚、对苯二酚、间苯二酚和对硝基苯酚的平均降解速率分别为10.91、10.69、6.50和5.71 mg/(L·h),推测Mn (III)-有机酸络合物对酚类底物的氧化降解是通过夺取酚类底物的电子形成酚类自由基中间体,自由基中间体经过电子重排和C−C键的断裂,最终导致酚类物质的氧化降解。【结论】在弱酸(pH 4.5)条件下PeVP介导的Mn (III)-苹果酸络合体系对酚类污染物具备较强的氧化能力,这为酚类有机污染物提供了新的生物解决方案。     

影响真菌漆酶表达及其活性的因素

丝状真菌同一菌株中存在动力学、理化特性各异的多个漆酶同工酶。金属离子,碳、氮等培养基成分,培养条件,以及异生物质、热休克处理和共培养的菌株等多种生物和非生物的因素对真菌漆酶同工酶表现出选择性诱导效应。影响真菌漆酶表达及其调控因素的研究能指导漆酶的选择性合成,以满足不同的应用需求。主要阐述影响真菌漆酶表达及其活性的因素的相关研究进展。