و laccases ، diphenol P-: إنزيم أكسدة-اختزال dioxygen-benzenediol إنزيم أكسدة-اختزال الأكسجين ، أو، هي الانزيمات التي تنتمي إلى مجموعة من الإنزيمات يسمى oxidases "oxidases النحاس الأزرق".
توجد في النباتات العليا ، وفي بعض الحشرات ، وفي البكتيريا وفي جميع الفطريات التي تمت دراستها تقريبًا ؛ لونه الأزرق المميز هو نتاج أربع ذرات نحاسية مرتبطة بالجزيء في موقعه التحفيزي.
تمثيل رسومي للتركيب الجزيئي لإنزيم Laccase (المصدر: جواهر سواميناثان وموظفو MSD في المعهد الأوروبي للمعلومات الحيوية عبر ويكيميديا كومنز)
وصف يوشيدا وزملاؤه هذه الإنزيمات في عام 1883 ، عند دراسة راتنج شجرة Rhus vernicifera أو "شجرة الورنيش اليابانية" ، حيث تم تحديد أن وظيفتها الرئيسية هي تحفيز تفاعلات البلمرة وإزالة البلمرة للمركبات.
بعد ذلك بوقت طويل ، تم اكتشاف أن هذه البروتينات ذات النشاط الأنزيمي في الفطريات لها وظائف محددة في آليات إزالة الفينولات السامة من البيئة التي تنمو فيها ، بينما تشارك في النباتات في العمليات الاصطناعية مثل اللجنين.
سمح التقدم العلمي فيما يتعلق بدراسة هذه الإنزيمات باستخدامها على المستوى الصناعي ، حيث تم استخدام قدرتها التحفيزية ، لا سيما في سياقات المعالجة الحيوية ، والمنسوجات ، في إزالة الأصباغ المطبقة على المنسوجات ، في صناعة الورق ، من بين الآخرين.
ترتبط الأسباب الرئيسية التي تجعل اللاكيز مثيرة للاهتمام من وجهة نظر صناعية بحقيقة أن تفاعلات الأكسدة الخاصة بها تتضمن ببساطة تقليل الأكسجين الجزيئي وإنتاج الماء كعنصر ثانوي.
مميزات
يمكن إفراز إنزيمات اللاكاز أو العثور عليها في المنطقة داخل الخلايا ، لكن هذا يعتمد على الكائن الحي قيد الدراسة. على الرغم من ذلك ، فإن معظم الإنزيمات التي تم تحليلها (باستثناء بعض البروتينات من بعض الفطريات والحشرات) هي بروتينات خارج الخلية.
توزيع
توجد هذه الإنزيمات ، كما تمت مناقشته أعلاه ، في الغالب في الفطريات والنباتات العليا والبكتيريا وبعض أنواع الحشرات.
من بين النباتات التي تم إثبات وجودها فيها أشجار التفاح ، والهليون ، والبطاطا ، والكمثرى ، والمانجو ، والخوخ ، والصنوبر ، والخوخ ، وغيرها. تنتمي الحشرات التي تعبر عن اللاكاز بشكل أساسي إلى الأجناس Bombyx و Calliphora و Diploptera و Drosophila و Musca و Papilio و Rhodnius وغيرها.
الفطريات هي الكائنات الحية التي تم منها عزل ودراسة أكبر عدد ومتنوع من اللاكازات ، وتوجد هذه الإنزيمات في كل من الفطريات الزائدة والفطريات القاعدية.
الحفز
يتكون التفاعل المحفز بواسطة اللاكازات من الأكسدة الإلكترونية الأحادية لجزيء الركيزة ، والتي يمكن أن تنتمي إلى مجموعة الفينولات أو المركبات العطرية أو الأمينات الأليفاتية ، إلى الجذور التفاعلية المقابلة لها.
نتيجة التفاعل التحفيزي هو اختزال جزيء أكسجين واحد إلى جزيئين من الماء وأكسدة أربعة جزيئات أساسية في نفس الوقت لإنتاج أربعة جذور حرة تفاعلية.
يمكن للجذور الحرة الوسيطة أن ترتبط وتشكل ثنائيات أو أوليغومرات أو بوليمرات ، وهذا هو السبب في أن اللاكازات تحفز تفاعلات البلمرة و "إزالة البلمرة".
بناء
Laccases عبارة عن بروتينات سكرية ، أي أنها بروتينات تحتوي على بقايا قليلة السكريات مرتبطة تساهميًا بسلسلة البولي ببتيد ، وتمثل ما بين 10 و 50٪ من الوزن الإجمالي للجزيء (قد تكون النسبة المئوية أعلى قليلاً في الإنزيمات النباتية).
يحتوي جزء الكربوهيدرات من هذا النوع من البروتين على السكريات الأحادية مثل الجلوكوز ، المانوز ، الجالاكتوز ، الفوكوز ، الأرابينوز ، وبعض الهكسوسامين ، ويعتقد أن الارتباط بالجليكوزيل يلعب أدوارًا مهمة في الإفراز ، وقابلية التحلل للبروتين ، والنشاط ، واحتباس النحاس ، و الثبات الحراري للبروتين.
توجد هذه الإنزيمات بشكل عام في الطبيعة مثل المونومرات أو المتجانسات ، ويمكن أن يتراوح الوزن الجزيئي لكل مونومر بين 60 و 100 كيلو دالتون.
يتكون المركز التحفيزي لللكزات من أربع ذرات نحاسية (Cu) ، والتي تعطي الجزيء بشكل عام اللون الأزرق بسبب الامتصاص الإلكتروني الذي يحدث في روابط النحاس والنحاس (Cu-Cu).
تحتوي اللاكسات النباتية على نقاط متساوية كهربائية بقيم قريبة من 9 (أساسية تمامًا) ، بينما تقع الإنزيمات الفطرية بين نقطتين متساوي الكهربي من 3 و 7 (لذا فهي إنزيمات تعمل في ظروف حمضية).
الإنزيمات
تحتوي العديد من الفطريات المنتجة لللاكيز أيضًا على أشكال إسوية لاكيز ، والتي يتم ترميزها بواسطة نفس الجين أو بواسطة جينات مختلفة. تختلف هذه الإنزيمات المتشابهة عن بعضها البعض بشكل أساسي من حيث ثباتها ودرجة حموضتها ودرجة حرارتها الأمثل للتحفيز وتقاربها لأنواع مختلفة من الركيزة.
في ظل ظروف معينة ، يمكن أن يكون لهذه الإنزيمات المتساوية وظائف فسيولوجية مختلفة ، لكن هذا يعتمد على النوع أو الحالة التي تعيش فيها.
المميزات
أظهر بعض الباحثين أن اللاكيز تشارك في "تصلب" البشرة في الحشرات وتجميع الأبواغ المقاومة للأشعة فوق البنفسجية في الكائنات الحية الدقيقة من جنس العصيات.
في النباتات
في الكائنات الحية النباتية ، تشارك اللاكسات في تكوين جدار الخلية ، في عمليات إزالة اللجنين و "إزالة اللجنين" (فقدان أو تفكك اللجنين) ؛ علاوة على ذلك ، فقد تم ربطها بإزالة السموم من الأنسجة من خلال أكسدة الفينولات المضادة للفطريات أو تعطيل الفيتوالكسين.
في الفطر
بكثرة في هذه المجموعة من الكائنات الحية ، تشارك laccases في مجموعة متنوعة من العمليات الخلوية والفسيولوجية. من بينها يمكن أن نذكر حماية الفطريات المسببة للأمراض من العفص والنباتات "فيتواليكسينز" ؛ لذلك يمكن القول أن هذه الإنزيمات هي عوامل ضراوة للفطريات.
كما تلعب Laccases أيضًا وظائف في تكوين وتمييز المقاومة والبنية البوغية للفطريات القاعدية ، وكذلك في التحلل الحيوي للليغنين في الفطريات التي تؤدي إلى تدهور أنسجة أنواع النباتات الخشبية.
في الوقت نفسه ، تشارك اللاكسات في تكوين أصباغ في الغشاء الفطري والأجسام المثمرة للعديد من الفطريات وتساهم في عمليات التصاق الخلايا الخلوية ، في تكوين "الغراء" البوليفينوليك الذي يربط الواصلة ، وفي التهرب. الجهاز المناعي للمضيفين المصابين بالفطريات الممرضة.
في الصناعة
تُستخدم هذه الإنزيمات المعينة صناعيًا لأغراض مختلفة ، لكن أبرزها تتوافق مع صناعات النسيج والورق والمعالجة الحيوية وإزالة التلوث من مياه الصرف الصحي الناتجة عن العمليات الصناعية الأخرى.
على وجه التحديد ، غالبًا ما تستخدم هذه الإنزيمات لأكسدة الفينولات ومشتقاتها الموجودة في المياه الملوثة بالنفايات الصناعية ، والتي تكون منتجاتها التحفيزية غير قابلة للذوبان (بلمرة) وترسب ، مما يجعلها قابلة للفصل بسهولة.
كما أنها ذات أهمية في صناعة المواد الغذائية نظرًا لأن إزالة المركبات الفينولية ضرورية لتثبيت المشروبات مثل النبيذ والبيرة والعصائر الطبيعية.
يتم استخدامها في صناعة مستحضرات التجميل وفي التخليق الكيميائي للعديد من المركبات وفي المعالجة الحيوية للتربة وفي التكنولوجيا الحيوية النانوية.
الأكثر استخدامًا هو اللاكاز من الفطريات ، ولكن مؤخرًا تم تحديد أن اللاكيز البكتيري له خصائص أكثر بروزًا من وجهة نظر صناعية ؛ إنها قادرة على العمل مع مجموعة متنوعة من الركائز وفي درجات حرارة أوسع ونطاقات الأس الهيدروجيني ، فضلاً عن كونها أكثر ثباتًا ضد العوامل المثبطة.
المراجع
- كلوز ، هـ. (2004). Laccases: الهيكل ، ردود الفعل ، التوزيع. ميكرون ، 35 ، 93-96.
- Couto ، SR ، Luis ، J. ، & Herrera ، T. (2006). التطبيقات الصناعية والتكنولوجية الحيوية من laccases: مراجعة. تقدم التكنولوجيا الحيوية ، 24 ، 500-513.
- مادهافي ، ف ، وليلي ، إس إس (2009). Laccase: الخصائص والتطبيقات. المصادر الحيوية ، 4 (4) ، 1694-1717.
- Riva، S.، Molecolare، R.، & Bianco، VM (2006). Laccases: إنزيمات زرقاء للكيمياء الخضراء. الاتجاهات في التكنولوجيا الحيوية ، 24 (5) ، 219-226.
- سينغ ، ب ، بيندي ، سي ، وأرونيكا ، ج. (2017). اللاكاز البكتيري: آخر المستجدات في الإنتاج والخصائص والتطبيقات الصناعية. التكنولوجيا الحيوية ، 7 (323) ، 1-20.