Cerrena Unicolor
17,4 Phenole
Die Oxidation des klassischen Lac-Substrats ABTS durch die Laccase von Tetracystis aeria ist in Chlorophyzeanalgen weit verbreitet. Zum Beispiel scheiden Arten der Moewusinia, einschließlich Chlamydomonas moewusii und T. aeria, mutmaßliche “echte” Lacs aus. Phenolische Substrate werden durch diese Enzyme optimal bei neutralem bis alkalischem pH-Wert oxidiert. Die Tetracystis Laccase wandelt andere Verbindungen wie Bisphenol A, 17α-Ethinylestradiol, Nonylphenol und Triclosan in Gegenwart von ABTS als Redoxmediator effizient um, während Anthracen, Veratrylalkohol und Adlerol unverändert bleiben. Mögliche, natürliche Funktionen der Enzyme, wie die Synthese komplexer Polymere oder Entgiftungsprozesse, können das Überleben der Algen in widrigen Umgebungen unterstützen. In kontaminierten Oberflächengewässern könnten Lac-produzierende Grünalgen zum Abbau phenolischer Schadstoffe in der Umwelt beitragen .
Mutmaßliches Lac (CotA) aus Bacillus pumilus MK001, das in E. coli kloniert und exprimiert wurde, erwies sich als thermostabil, zeigte eine Halbwertszeit von 60 Minuten bei 80 ° C und zeigte potenzielle Bindungsaffinitäten mit Ferulasäure, Kaffeesäure und Vanillin .
Phenole sind bekannte Inhibitoren für Cellulase und fermentative Mikroorganismen in Bioraffinierungsprozessen. Die Zugabe von Lac entfernt die phenolischen Verbindungen und reduziert anschließend die Verzögerungsphase des fermentativen Mikroorganismus. Die Anwendung von Lac verringert jedoch die Glukosefreisetzung während der enzymatischen Hydrolyse. Der Anteil an Lignin und die Zusammensetzung der Phenole spielen eine Schlüsselrolle bei der Hemmung der Cellulase, wenn die enzymatische Hydrolyse mit der Lac-Entgiftung kombiniert wird .
Eine interessante Anwendung in der Umweltbiotechnologie ist die Immobilisierung von Lac zur Beseitigung phenolischer Verunreinigungen durch Oxidation. Pyrogene Kieselsäure-Nanopartikel haben ein interessantes Potenzial als Trägermaterial für die Lac-Immobilisierung über sorptionsunterstützte Immobilisierung im Hinblick auf Anwendungen wie die Beseitigung von Mikroschadstoffen in wässrigen Phasen. Die Immobilisierung von Lac aus einer Leviathan-Gattung, Coriolopsis polygonal, Cerrena unicolor, P. ostreatus und T. versicolor auf pyrogene Kieselsäure-Nanopartikel, separat oder in Kombination, erzeugt eine erhöhte Aktivität über einen pH-Bereich zwischen 3 und 7. Die verschiedenen Lacs unterscheiden sich in ihrem pH-Optima und ihrer Substrataffinität. Die Ausnutzung ihrer Unterschiede ermöglichte die Formulierung eines maßgeschneiderten Nanobiokatalysators, der in der Lage ist, einen breiteren Substratbereich als die gelösten oder separat immobilisierten Enzyme zu oxidieren. Der nanobiocatalyst hat das Potenzial für biochemische Oxidation in der Beseitigung von mehrfachen Zielschadstoffen. Es ist bestätigt worden, dass nonvocational nanobiocatalysts, die durch Lac-Immobilisierung auf Silikon nanoparticles erhalten werden, ein breites Substratspektrum betreffend die Verminderung von widerspenstigen Schadstoffen, wie phenolischem EDCs (bisphenol A) besaßen.Dies unterstreicht das Potenzial von Nanopartikeln aus pyrogener Kieselsäure / Laccase-Verbundwerkstoffen für die fortschrittliche biologische Abwasserbehandlung.
Lacs sind in der Lage, die Einelektronenoxidation phenolischer Verbindungen zu radikalischen Zwischenprodukten zu katalysieren, die anschließend über kovalente Bindungen miteinander koppeln können. Es wird angenommen, dass diese Reaktionen eine wichtige Rolle im Humifizierungsprozess und bei der Umwandlung von Verunreinigungen mit phenolischen Funktionalitäten in der Umwelt spielen. Durch Integration von Metall-HA-Bindungsgleichgewichten und kinetischen Gleichungen wurde ein Reaktionsmodell entwickelt, das die Transformationsrate von Triclosan in Gegenwart von HA und zweiwertigen Metallionen einschließlich Ca2 +, Mg2 +, Cd2 +, Co2 +, Mn2 +, Ba2 + und Zn2 + vorhersagt .
Hydroxylierte polybromierte Diphenylether (OH-PBDE) wurden in der marinen Biosphäre häufig als aufkommende organische Kontaminanten gefunden. Die Produktion von OH-PBDEs ist wahrscheinlich ein Ergebnis der Kopplung von Bromphenoxyradikalen, die durch die Lac-katalysierte Oxidation von 2,4-DBP oder 2,4,6-TBP erzeugt werden. Die Umwandlung von Bromphenolen durch Lac ist pH-abhängig und wird auch durch enzymatische Aktivität beeinflusst. Angesichts der Häufigkeit von 2,4-DBP und 2,4,6-TBP und der phylogenetischen Verteilung von Lac in der Umwelt kann die Lac-katalysierte Umwandlung von Bromphenolen möglicherweise ein wichtiger Weg für die natürliche Biosynthese von OH-PBDEs sein .
Phanerochaete chrysosporium gehört zu einer Gruppe von ligninabbauenden Pilzen, die verschiedene oxidoreduktive Enzyme absondern, darunter Ligninperoxidase (LiP) und Manganperoxidase (MnP). Die Produktion von Lacs in diesem Pilz wurde jedoch nicht vollständig nachgewiesen und bleibt umstritten. Die Coexpression des LacIIIb-Gens aus T. versicolor und des vpl2-Gens aus Pleurotus eryngii sowie der endogenen Gene mnp1 und lipH8 verbesserte die Cooverexpression von Peroxidasen und laccases im Vergleich zu Wildtyp-Spezies um das Fünffache. Transformante Stämme haben ein breites Spektrum an phenolischer / nichtphenolischer Biotransformation und einen hohen Prozentsatz an synthetischer Farbstoffentfärbung im Vergleich zum Elternstamm und sind eine einfache und effiziente Koexpression von Lacs und Peroxidasen in geeigneten Basidiomycetenspezies .
In jüngster Zeit wurde Lac auf die Nanobiotechnologie angewendet, die ein zunehmendes Forschungsgebiet darstellt, und katalysiert Elektronentransferreaktionen ohne zusätzliche Cofaktoren .
Kohlenstoffnanopartikel sind vielversprechende Kandidaten für die Enzymimmobilisierung. Im Vergleich zu freiem Lac weisen die immobilisierten Enzyme signifikant reduzierte Reaktionsgeschwindigkeiten auf. Diffusionsbeschränkungen, die durch die Aggregation von Kohlenstoffnanopartikeln induziert werden, können nicht ignoriert werden, da sie zu erhöhten Reaktionszeiten, geringer Effizienz und hohen wirtschaftlichen Kosten führen können. Darüber hinaus wird dieses Problem verschärft, wenn geringe Konzentrationen von Umweltkontaminanten vorhanden sind .
Bisphenol A (BPA) ist eine endokrin wirksame Chemikalie, die aufgrund ihrer breiten industriellen Anwendung in der Umwelt allgegenwärtig ist. Extrazellulärer Lac des am weitesten kultivierten Pilzes der Welt (d.h., Weißfäule Pilz, P. ostreatus) effizient abgebaut BPA. Die Exposition gegenüber BPA hat keine schädlichen Auswirkungen auf diesen essbaren Pilz .
Die Entfernung von BPA durch Lac in einem kontinuierlichen enzymatischen Membranreaktor in synthetischen und real biologisch behandelten Abwässern in einer Reaktorkonfiguration basierend auf einem Rührkesselreaktor, der mit einer Keramikmembran gekoppelt ist, zeigte eine nahezu vollständige Entfernung von BPA. Polymerisation und Abbau sind wahrscheinliche Mechanismen der BPA-Transformation durch Lac .
Organismen aus dem Stamm Basidiomycota besitzen durch ihre Phenoloxidasen beim Abbau von Phenolen ein enormes Bioremediationspotential. Lac und Tyrosinase sind hauptsächlich in T. versicolor bzw. Neue vielversprechende Wildtyp-Produzenten von Enzymen sind entstanden und eine Reihe von rekombinanten Stämmen wurden ebenfalls konstruiert, die hauptsächlich auf Hefen oder Aspergillus-Stämmen als Wirten basieren. Die Konstrukte erlauben Anwendungen für den Abbau von Phenolen, Polyphenolen, Kresolen, Alkylphenolen, Naphtholen, Bisphenolen und halogenierten (bis)Phenolen. Biologische und physikalisch-chemische Methoden könnten kombiniert werden, um die Prozesse industrietauglich zu machen.
Pflanzenperoxidasen haben ein starkes Potenzial für die Dekontamination von phenolverschmutztem Abwasser. Die großflächige Verwendung dieser Enzyme zur Phenolentschmutzung erfordert billiges, reichlich vorhandenes und leicht zugängliches peroxidasehaltiges Material. Kartoffelpulpe, ein Abfallprodukt der Stärkeindustrie, enthält große Mengen aktiver Peroxidasen, und Kartoffelpulpeenzyme halten ihre Aktivität bei pH 4-8 und sind über einen weiten Temperaturbereich stabil. Phenolentfernungseffizienz von Kartoffelpulpe ist über 95%.
Immobilisiertes Lac auf nanoporösen Kieselsäureperlen baut mehr als 90% 2,4-Dinitrophenol in kurzer Zeit (12 Stunden) ab. Der Immobilisierungsprozess verbessert die Aktivität und Nachhaltigkeit von Lac für den Abbau des Schadstoffs. Temperaturen über 50 ° C reduzieren die Enzymaktivität auf etwa 60%. Der pH-Wert und die Mediatorkonzentration konnten die Enzymaktivität jedoch nicht beeinflussen. Die Abbaukinetik entspricht einer Michaelis-Menten-Gleichung.
Wässrige Exsudate von Weidelgras (Lolium perenne) können BPA sowohl in Abwesenheit als auch in Gegenwart von natürlicher organischer Substanz (NOM) abbauen. In Exsudaten mit Zusatz von NOM ist der Abbauprozess länger als ohne NOM. Peroxidase- und Lac-Aktivitäten in Exsudaten deuteten auf eine signifikante Beteiligung dieser Enzyme am BPA-Abbau hin .
Fluor-organische Verbindungen sind zu wichtigen Bausteinen für eine breite Palette fortschrittlicher Materialien, Polymere, Agrochemikalien und Pharmazeutika geworden. Das Konzept zur Einführung der Trifluormethylgruppe in ungeschützte Phenole unter Verwendung eines Biokatalysators (Lac), tBuOOH, und entweder des Langlois-Reagenzes oder des Baran-Zinksulfinats wurde erreicht. Das Verfahren beruht auf der Rekombination zweier Radikalspezies, nämlich des direkt vom Lac erzeugten Phenolradikalkations und des CF3-Radikals. Die Lac-katalysierte Trifluormethylierung verläuft unter milden Bedingungen und baut Trifluormethyl-substituierte Phenole ab, die nach klassischen Methoden nicht verfügbar waren.
Lac-produzierender Süßwasser-Ascomycet Phoma sp. strain UHH 5-1-03 has potential for practical micropollutant removal. Bisphenol A (BPA), carbamazepine (CBZ), 17α-ethinylestradiol (EE2), diclofenac (DF), sulfamethoxazole (SMX), technical nonylphenol (t-NP), and triclosan (TCS) are substrates with the rank order: EE2≫BPA>TCS>t-NP>DF>SMX>CBZ. The obtained metabolites indicate hydroxylation, cyclization, and decarboxylation reactions, as well as oxidative coupling typical for Lac reactions. The observations strongly suggest that the extracellular Lac of Phoma sp. largely contributes to fungal biotransformation .
Der Nanobiokatalyse wurde erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt. Lac reversibel immobilisiert auf Cu (ΤΙ) – und Mn (ΤΙ) -chelatisierte magnetische Mikrosphären war erfolgreich bei der Entfernung von BPA aus Wasser. Im Vergleich zu freiem Lac sind die thermischen und Speicherstabilitäten von immobilisiertem Lac signifikant verbessert. Mehr als 85% BPA wurden unter optimalen Bedingungen entfernt.
Die Verwendung von Enzymen in Lösung zur Wasseraufbereitung weist jedoch Einschränkungen hinsichtlich der Nichtverwendbarkeit, der kurzen Enzymlebensdauer und der hohen Kosten für den einmaligen Gebrauch auf. In: Chen et al. entwicklung einer neuen Art von Biokatalysator durch Immobilisierung von Pilz-Lac auf der Oberfläche von Hefezellen unter Verwendung synthetischer biologischer Techniken. Der Biokatalysator wird als Surface Display Lac (SDL) bezeichnet und kann mit hoher Stabilität wiederverwendet werden, da er nach acht wiederholten Chargenreaktionen 74% der ursprünglichen Aktivität beibehielt. Mit Bisphenol A und Sulfamethoxazol wurden die Wirksamkeit und der Proof of Concept von SDL bei der Behandlung aufkommender Kontaminanten nachgewiesen.
