LACURI: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII - ŞTIINŢĂ - 2025

The lactazele , difenol P-: Oxidoreductazele oxidoreductaze oxigen dioxigenați-benzendiol , sau, sunt enzime care aparțin grupului de enzime numite oxidazele „oxidaze albastru de cupru“.

Ele există la plante superioare, la unele insecte, la bacterii și la practic toate ciupercile care au fost studiate; culoarea sa albastră caracteristică este produsul a patru atomi de cupru atașați la moleculă la locul său catalitic.

Reprezentarea grafică a structurii moleculare a unei enzime Laccase (Sursa: Jawahar Swaminathan și personalul MSD la Institutul European de Bioinformatică prin Wikimedia Commons)

Aceste enzime au fost descrise de Yoshida și colab., În 1883, când au studiat rășina arborelui japonez Rhus vernicifera sau „copacul de lac”, unde s-a stabilit că funcția lor principală era de a cataliza reacțiile de polimerizare și depolimerizare ale compușilor.

Mult mai târziu s-a descoperit că, în ciuperci, aceste proteine ​​cu activitate enzimatică au funcții specifice în mecanismele de îndepărtare a fenolilor toxici din mediul în care cresc, în timp ce la plante sunt implicați în procese sintetice precum lignificarea.

Progresele științifice privind studiul acestor enzime au permis utilizarea lor la nivel industrial, unde capacitatea lor catalitică a fost utilizată, în special în contextele de bioremediere, textile, în îndepărtarea coloranților aplicați textilelor, în industria hârtiei, printre alții.

Principalele motive pentru care lacasele sunt atât de interesante din punct de vedere industrial au legătură cu faptul că reacțiile lor de oxidare implică pur și simplu reducerea oxigenului molecular și producerea apei ca element secundar.

caracteristici

Enzimele de laccază pot fi secretate sau găsite în regiunea intracelulară, dar acest lucru depinde de organismul studiat. În ciuda acestui fapt, majoritatea enzimelor analizate (cu excepția unor proteine ​​din anumite fungi și insecte) sunt proteine ​​extracelulare.

distribuire

Aceste enzime, așa cum s-a discutat mai sus, se găsesc predominant în ciuperci, plante superioare, bacterii și unele specii de insecte.

Printre plantele în care existența sa a fost demonstrată se numără meri, sparanghel, cartofi, pere, mango, piersici, pini, prune, printre altele. Insectele care exprimă lactaza aparțin în principal genurilor Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius și altele.

Ciupercile sunt organismele din care au fost izolate și studiate cel mai mare număr și varietate de lacase, iar aceste enzime sunt prezente atât în ​​ascomicete, cât și în deuteromicete și basidiomicete.

Cataliză

Reacția catalizată de lacasele constă în oxidarea monoelectronică a unei molecule de substrat, care poate aparține grupului de fenoli, compuși aromatici sau amine alifatice, la radicalul reactiv corespunzător.

Rezultatul reacției catalitice este reducerea unei molecule de oxigen la două molecule de apă și oxidarea, în același timp, a patru molecule de substrat pentru a produce patru radicali liberi reactivi.

Radicalii liberi intermediari se pot lega și forma dimeri, oligomeri sau polimeri, motiv pentru care se spune că lacasele catalizează reacțiile de polimerizare și „depolimerizare”.

Structura

Lacasele sunt glicoproteine, adică sunt proteine ​​care au reziduuri de oligozaharide legate covalent la lanțul polipeptidic, iar acestea reprezintă între 10 și 50% din greutatea totală a moleculei (în enzimele vegetale procentul poate fi puțin mai mare) .

Porțiunea de carbohidrați a acestui tip de proteine ​​conține monosacharide precum glucoză, manoză, galactoză, fucoză, arabinoză și unele hexosamine, iar glicozilarea se consideră că joacă roluri importante în secreție, susceptibilitate proteolitică, activitate, retenție de cupru și stabilitatea termică a proteinei.

Aceste enzime se găsesc în general sub formă de monomeri sau homodimeri, iar greutatea moleculară a fiecărui monomer poate varia între 60 și 100 kDa.

Centrul catalitic al lacaselor este alcătuit din patru atomi de cupru (Cu), care conferă moleculei, în general, o culoare albastră datorită absorbției electronice care are loc în legăturile cupru-cupru (Cu-Cu).

Laculele vegetale au puncte izoelectrice cu valori apropiate de 9 (destul de de bază), în timp ce enzimele fungice se situează între punctele izoelectrice de 3 și 7 (deci sunt enzime care funcționează în condiții acide).

izoenzime

Multe ciuperci producătoare de lacacă au, de asemenea, izoforme laccase, care sunt codificate de aceeași genă sau de gene diferite. Aceste izoenzime diferă unele de altele, în special în ceea ce privește stabilitatea lor, pH-ul și temperatura lor optime pentru catalizare și afinitatea lor pentru diferite tipuri de substrat.

În anumite condiții, aceste izoenzime pot avea funcții fiziologice diferite, dar acest lucru depinde de specia sau de starea în care trăiește.

Caracteristici

Unii cercetători au arătat că laccazele sunt implicate în „sclerotizarea” cuticulei la insecte și la asamblarea sporilor rezistenți la lumina ultravioletă în microorganisme din genul Bacillus.

În plante

În organismele vegetale, lacasele participă la formarea peretelui celular, la procesele de lignificare și „delignificare” (pierderea sau dezintegrarea ligninei); și, în plus, au fost legate de detoxifierea țesuturilor prin oxidarea fenolilor antifungici sau prin dezactivarea fitoalexinelor.

În ciuperci

Abundent semnificativ în acest grup de organisme, lacasele participă la o varietate de procese celulare și fiziologice. Printre ei putem menționa protecția ciupercilor patogene ale taninelor și „fitoalexine” vegetale; deci se poate spune că, pentru ciuperci, aceste enzime sunt factori de virulență.

Lacasele joacă, de asemenea, un rol în morfogeneza și diferențierea structurilor de rezistență și spor ale basidiomicetelor, precum și în biodegradarea ligninei la ciuperci care degradează țesuturile speciilor de plante lemnoase.

În același timp, lacasele participă la formarea de pigmenți în micelie și corpuri de fructificare a multor ciuperci și contribuie la procesele de aderență celulă-celulă, la formarea „lipiciului” polifenolic care leagă hipfa și în evaziune. a sistemului imunitar al gazdelor infectate cu ciuperci patogene.

În industrie

Aceste enzime particulare sunt utilizate industrial în diverse scopuri, dar cele mai remarcabile corespund industriei textilelor și hârtiei și bioremedierii și decontaminării apelor uzate produse de alte procese industriale.

Mai exact, aceste enzime sunt frecvent utilizate pentru oxidarea fenolilor și a derivaților acestora prezenți în apa contaminată cu deșeuri industriale, ale căror produse de cataliză sunt insolubile (polimerizate) și precipitate, ceea ce le face ușor separabile.

În industria alimentară au, de asemenea, o anumită importanță, deoarece eliminarea compușilor fenolici este necesară pentru stabilizarea băuturilor precum vinul, berea și sucurile naturale.

Sunt utilizate în industria cosmetică, în sinteza chimică a multor compuși, în bioremedierea solului și în nanobiotehnologie.

Cele mai utilizate pe scară largă sunt laccase din ciuperci, dar recent s-a stabilit că laccasa bacteriană are caracteristici mai proeminente din punct de vedere industrial; Sunt capabili să lucreze cu o varietate mai mare de substraturi și la intervale de temperatură și pH mult mai largi, precum și să fie mult mai stabile împotriva agenților inhibitori.

Referințe

1. Claus, H. (2004). Lacuri: structură, reacții, distribuție. Micron, 35, 93–96.
2. Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Aplicații industriale și biotehnologice ale lacaselor: o revizuire. Progrese biotehnologice, 24, 500–513.
3. Madhavi, V., & Lele, SS (2009). Laccază: proprietăți și aplicații. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
4. Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Lacuri: enzime albastre pentru chimia verde. Tendințe în biotehnologie, 24 (5), 219–226.
5. Singh, P., Bindi, C., & Arunika, G. (2017). Lacaza bacteriană: actualizare recentă asupra producției, proprietăților și aplicațiilor industriale. Biotehnologie, 7 (323), 1-20.