LAKKAZLAR: ÖZELLIKLER, YAPI, IŞLEVLER - BILIM - 2024

Lakkazlar , p-difenol: oksidoredüktazlar dioksijene-benzendiol oksijen oksiredüktaz-ları , ya da, oksidazlar "mavi bakır oksidazlan" olarak adlandırılan enzimlerin grubuna ait enzimlerdir.

Daha yüksek bitkilerde, bazı böceklerde, bakterilerde ve pratik olarak incelenen tüm mantarlarda bulunurlar; karakteristik mavi rengi, katalitik bölgesinde moleküle bağlı dört bakır atomunun ürünüdür.

Bir Laccase enziminin moleküler yapısının grafik gösterimi (Kaynak: Jawahar Swaminathan ve Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü'ndeki MSD personeli, Wikimedia Commons aracılığıyla)

Bu enzimler, 1883 yılında, Rhus vernicifera ağacının veya Japon "cila ağacının" reçinesi üzerinde çalışırken, ana işlevlerinin bileşiklerin polimerizasyon ve depolimerizasyon reaksiyonlarını katalize etmek olduğu belirlendiğinde, Yoshida ve arkadaşları tarafından tanımlandı.

Çok daha sonra, mantarlarda, enzimatik aktiviteye sahip bu proteinlerin, toksik fenollerin büyüdükleri ortamdan uzaklaştırılması mekanizmalarında belirli işlevlere sahip olduğu, bitkilerde ise odunlaşma gibi sentetik süreçlere dahil oldukları keşfedildi.

Bu enzimlerin incelenmesi ile ilgili bilimsel gelişmeler, katalitik kapasitelerinin kullanıldığı endüstriyel düzeyde, özellikle biyoremediasyon, tekstil, tekstile uygulanan boyaların çıkarılmasında, kağıt endüstrisinde kullanılmasına izin verdi. diğerleri.

Lakkazların endüstriyel bir bakış açısından bu kadar ilginç olmasının ana nedenleri, oksidasyon reaksiyonlarının basitçe moleküler oksijenin indirgenmesini ve ikincil bir element olarak su üretimini içermesi gerçeğiyle ilgilidir.

karakteristikleri

Lakkaz enzimleri hücre içi bölgede salgılanabilir veya bulunabilir, ancak bu çalışılan organizmaya bağlıdır. Buna rağmen, analiz edilen enzimlerin çoğu (belirli mantar ve böceklerden bazı proteinler hariç) hücre dışı proteinlerdir.

dağıtım

Bu enzimler, yukarıda tartışıldığı gibi, ağırlıklı olarak mantarlarda, yüksek bitkilerde, bakterilerde ve bazı böcek türlerinde bulunur.

Varlığı kanıtlanmış bitkiler arasında elma ağaçları, kuşkonmaz, patates, armut, mango, şeftali, çam, erik ve diğerleri sayılabilir. Lakkaz ifade eden böcekler esas olarak Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius ve diğer türlerine aittir.

Mantarlar, en fazla sayıda ve çeşitlilikte lakazın izole edildiği ve çalışıldığı organizmalardır ve bu enzimler hem askomisetler hem de döteromisetler ve basidiomisetlerde mevcuttur.

Kataliz

Lakkazlar tarafından katalize edilen reaksiyon, fenoller, aromatik bileşikler veya alifatik aminler grubuna ait olabilen bir substrat molekülünün karşılık gelen reaktif radikaline monoelektronik oksidasyonundan oluşur.

Katalitik reaksiyonun sonucu, bir oksijen molekülünün iki su molekülüne indirgenmesi ve aynı zamanda dört substrat molekülünün dört reaktif serbest radikal üretmek için oksidasyonudur.

Ara serbest radikaller dimerler, oligomerler veya polimerleri bağlayabilir ve oluşturabilir, bu nedenle lakkazların polimerizasyon ve "depolimerizasyon" reaksiyonlarını katalize ettiği söylenir.

yapı

Lakkazlar glikoproteinlerdir, yani oligosakarit kalıntılarına kovalent olarak polipeptit zincirine bağlanan proteinlerdir ve bunlar molekülün toplam ağırlığının% 10 ila% 50'sini temsil eder (bitki enzimlerinde yüzde biraz daha yüksek olabilir) .

Bu tip proteinin karbonhidrat kısmı, glikoz, mannoz, galaktoz, fukoz, arabinoz ve bazı heksosaminler gibi monosakkaritler içerir ve glikosilasyonun, salgılama, proteolitik duyarlılık, aktivite, bakır tutulmasında önemli roller oynadığı düşünülmektedir. proteinin termal kararlılığı.

Bu enzimler genellikle doğada monomerler veya homodimerler olarak bulunur ve her monomerin moleküler ağırlığı 60 ile 100 kDa arasında değişebilir.

Lakkazların katalitik merkezi, bakır-bakır (Cu-Cu) bağlarında gerçekleşen elektronik absorpsiyon nedeniyle moleküle genel olarak mavi bir renk veren dört bakır (Cu) atomundan oluşur.

Bitkisel lakkazlar, 9'a yakın değerlerde (oldukça bazik) izoelektrik noktalara sahipken, mantar enzimleri 3 ile 7 arasındaki izoelektrik noktalar arasındadır (bu nedenle bunlar asidik koşullarda çalışan enzimlerdir).

izoenzimleri

Birçok lakkaz üreten mantar, aynı gen veya farklı genler tarafından kodlanan lakkaz izoformlarına da sahiptir. Bu izoenzimler, temel olarak stabiliteleri, katalize etmek için optimum pH ve sıcaklıkları ve farklı tipteki substratlara afiniteleri açısından birbirinden farklıdır.

Belirli koşullar altında, bu izoenzimlerin farklı fizyolojik işlevleri olabilir, ancak bu, türüne veya yaşadığı duruma bağlıdır.

Özellikleri

Bazı araştırmacılar, lakkazların böceklerde kütikülün "sklerotizasyonunda" ve Bacillus cinsinin mikroorganizmalarında ultraviyole ışığa dirençli sporların birleşmesinde rol oynadığını göstermiştir.

Bitkilerde

Bitki organizmalarında lakkazlar, odunlaşma ve "delignifikasyon" (lignin kaybı veya parçalanması) süreçlerinde hücre duvarının oluşumuna katılırlar; ve dahası, antifungal fenollerin oksidasyonu veya fitoaleksinlerin deaktivasyonu yoluyla dokuların detoksifikasyonu ile ilişkilendirilmiştir.

Mantarlarda

Bu organizma grubunda önemli ölçüde bol olan lakkazlar, çeşitli hücresel ve fizyolojik süreçlere katılır. Bunlar arasında tanenlerin patojenik mantarlarının ve bitkisel “fitoaleksinlerin” korunmasından bahsedebiliriz; bu nedenle mantarlar için bu enzimlerin virülans faktörleri olduğu söylenebilir.

Lakkazlar ayrıca, basidiomisetlerin direnç ve spor yapılarının morfogenezinde ve farklılaşmasında ve odunsu bitki türlerinin dokularını bozan mantarlarda ligninin biyolojik olarak parçalanmasında da rol oynar.

Aynı zamanda lakkazlar, birçok mantarın miselyumda ve meyve veren gövdelerinde pigment oluşumuna katılır ve hücre-hücre yapışma süreçlerine, hifleri bağlayan polifenolik "yapıştırıcı" oluşumuna ve kaçırmaya katkıda bulunur. Patojenik mantarlarla enfekte olmuş konakçıların bağışıklık sistemi.

Endüstride

Bu özel enzimler endüstriyel olarak çeşitli amaçlar için kullanılır, ancak en göze çarpanlar tekstil ve kağıt endüstrilerine ve diğer endüstriyel prosesler tarafından üretilen atık suyun biyoremediasyonuna ve dekontaminasyonuna karşılık gelir.

Spesifik olarak, bu enzimler, kataliz ürünleri çözünmez (polimerize edilmiş) ve çökeltilmiş olan endüstriyel atıklarla kirlenmiş suda bulunan fenollerin ve bunların türevlerinin oksidasyonu için sıklıkla kullanılır, bu da onları kolayca ayrılabilir hale getirir.

Şarap, bira ve doğal meyve suları gibi içeceklerin stabilizasyonu için fenolik bileşiklerin uzaklaştırılması gerektiğinden gıda endüstrisinde de bir miktar önemlidir.

Kozmetik endüstrisinde, birçok bileşiğin kimyasal sentezinde, toprak biyoremediasyonunda ve nanobiyoteknolojide kullanılmaktadır.

En yaygın olarak kullanılanlar mantarlardan elde edilen lakkazdır, ancak son zamanlarda bakteriyel lakkazın endüstriyel açıdan daha belirgin özelliklere sahip olduğu tespit edilmiştir; Çok çeşitli substratlarla ve çok daha geniş sıcaklık ve pH aralıklarında çalışabilir ve ayrıca inhibe edici maddelere karşı çok daha stabildirler.

Referanslar

1. Claus, H. (2004). Lakkazlar: yapı, reaksiyonlar, dağılım. Micron, 35, 93–96.
2. Couto, SR, Luis, J. ve Herrera, T. (2006). Lakkazların endüstriyel ve biyoteknolojik uygulamaları: Bir inceleme. Biotechnology Advances, 24, 500–513.
3. Madhavi, V. ve Lele, SS (2009). Lakkaz: özellikler ve uygulamalar. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
4. Riva, S., Molecolare, R. ve Bianco, VM (2006). Lakkazlar: yeşil kimya için mavi enzimler. Biyoteknolojide Eğilimler, 24 (5), 219–226.
5. Singh, P., Bindi, C. ve Arunika, G. (2017). Bakteriyel lakkaz: üretim, özellikler ve endüstriyel uygulamalarla ilgili son güncelleme. Biotech, 7 (323), 1–20.