Cerrena Unicolor

17.4 fenole

utlenianie klasycznego podłoża Lac przez laccase Tetracystis aeria jest powszechne w glonach chlorofilowych. Na przykład gatunki Moewusinia, w tym Chlamydomonas moewusii i T. aeria, wydalają domniemane “prawdziwe” Lacs. Substraty fenolowe są optymalnie utleniane przez te enzymy przy odczynie obojętnym do zasadowego. Laccase Tetracystis skutecznie przekształca inne związki, takie jak bisfenol A, 17α-etynyloestradiol, nonylofenol i triklosan w obecności ABTS jako mediatora redoks, podczas gdy antracen, weratryloalkohol i adlerol pozostają niezmienione. Możliwe, naturalne funkcje enzymów, takie jak synteza złożonych polimerów lub procesy detoksykacji, mogą wspomagać przetrwanie alg w niekorzystnym środowisku. W zanieczyszczonych wodach powierzchniowych zielone algi produkujące Lac mogą przyczyniać się do rozkładu zanieczyszczeń fenolowych w środowisku.

przypuszczalny Lac (CotA) z Bacillus pumilus MK001 sklonowany i wyrażony w E. coli okazał się termostabilny, wykazując okres półtrwania 60 minut w temperaturze 80°C i wykazując potencjalne powinowactwo wiązania z kwasem ferulowym, kwasem kawowym i waniliną .

fenole są znanymi inhibitorami celulazy i mikroorganizmów fermentacyjnych w procesach biorefinicji. Dodatek Lac usuwa związki fenolowe, a następnie zmniejsza fazę opóźnienia mikroorganizmu fermentacyjnego. Jednak zastosowanie Lac zmniejsza uwalnianie glukozy podczas hydrolizy enzymatycznej. Udział ligniny i skład fenoli są kluczowymi podmiotami w hamowaniu celulazy, gdy hydroliza enzymatyczna jest połączona z detoksykacją Lac .

jednym z interesujących zastosowań w biotechnologii środowiskowej jest unieruchomienie Lac w celu wyeliminowania zanieczyszczeń fenolowych poprzez utlenianie. Nanocząstki krzemionki koloidalnej mają interesujący potencjał jako materiał pomocniczy do unieruchomienia Lac poprzez immobilizację wspomaganą sorpcją w perspektywie zastosowań, takich jak eliminacja mikro-zanieczyszczeń w fazach wodnych. Unieruchomienie Laki z rodzaju Leviathan, coriolopsis polygonal, Cerrena unicolor, P. ostreatus i T. versicolor na nanocząstki krzemionki koloidalnej, oddzielnie lub w połączeniu, powoduje zwiększoną aktywność w zakresie pH między 3 a 7. Poszczególne Laki różnią się pH optima i powinowactwem do podłoża. Wykorzystanie ich różnic pozwoliło na opracowanie specjalnie przygotowanego nanobiokatalizatora zdolnego do utleniania szerszego zakresu substratów niż rozpuszczone lub oddzielnie unieruchomione enzymy. Nanobiokatalizator ma potencjał biochemicznego utleniania w eliminacji wielu docelowych zanieczyszczeń . Potwierdzono, że nielokalne nanobiokatalizatory otrzymane przez unieruchomienie na Nanocząstkach krzemionki posiadają szerokie spektrum substratów w odniesieniu do degradacji opornych zanieczyszczeń, takich jak fenolowe EDCs (bisfenol A) .Podkreśla to potencjał nanocząstek krzemionki koloidalnej / kompozytów laccase do zaawansowanego biologicznego oczyszczania ścieków.

Lacs są w stanie katalizować jedno-elektronowe utlenianie związków fenolowych do rodnikowych związków pośrednich, które mogą następnie łączyć się ze sobą za pomocą wiązań kowalencyjnych. Uważa się, że reakcje te odgrywają ważną rolę w procesie humifikacji i transformacji zanieczyszczeń zawierających funkcje fenolowe w środowisku. Model reakcji został opracowany przez integrację równowagi wiązania metal-HA i równań kinetycznych, przewidując szybkość transformacji triklosanu w obecności HA i dwuwartościowych jonów metali, w tym Ca2+, Mg2+, Cd2+, CO2+, Mn2+, Ba2+ i Zn2+ .

hydroksylowane polibromowane etery difenylowe (OH-PBDE) były często spotykane w morskiej biosferze jako pojawiające się zanieczyszczenia organiczne. Produkcja OH-PBDE jest prawdopodobnie wynikiem sprzężenia rodników bromofenoksy, wytworzonych z katalizowanego przez Lac utleniania 2,4-DBP lub 2,4,6-TBP. Transformacja bromofenoli przez Lac jest zależna od pH, a także ma wpływ na aktywność enzymatyczną. Biorąc pod uwagę obfitość 2,4-DBP i 2,4,6-TBP oraz filogenetyczny rozkład Lac w środowisku, katalizowana Lac konwersja bromofenoli może być potencjalnie ważną drogą naturalnej biosyntezy OH-PBDEs .

Phanerochaete chrysosporium należy do grupy grzybów rozkładających ligninę, które wydzielają różne enzymy oksydoredukcyjne, w tym peroksydazę ligninową (LiP) i peroksydazę manganową (MnP). Jednak produkcja laków u tego grzyba nie została całkowicie wykazana i pozostaje kontrowersyjna. Koekspresja genu LacIIIb z T. versicolor i genu Vpl2 z Pleurotus eryngii, a także genów endogennych mnp1 i lipH8 poprawiły koverekspresję peroksydaz i laccases nawet pięciokrotnie w porównaniu z gatunkami dzikimi. Szczepy transformujące mają szerokie spektrum w biotransformacji fenolowej / niefenolowej i wysoki procent w odbarwianiu barwnika syntetycznego w porównaniu ze szczepem rodzicielskim i są łatwą i skuteczną koekspresją Laks i peroksydaz w odpowiednich gatunkach podstawczaków .

Ostatnio Lac został zastosowany w nanobiotechnologii, która jest coraz większą dziedziną badawczą i katalizuje reakcje transferu elektronów bez dodatkowych kofaktorów .

nanocząstki węglowe są obiecującymi kandydatami do unieruchomienia enzymu. W porównaniu z wolnym Lac, unieruchomione enzymy znacznie zmniejszyły szybkość reakcji. Ograniczenie dyfuzyjne wywołane przez agregację nanocząstek węglowych nie może być ignorowane, ponieważ może prowadzić do wydłużenia czasu reakcji, niskiej wydajności i wysokich kosztów ekonomicznych. Ponadto problem ten pogarsza się, gdy występują niskie stężenia zanieczyszczeń środowiskowych .

bisfenol A (BPA) jest substancją chemiczną zaburzającą gospodarkę hormonalną, która jest wszechobecna w środowisku ze względu na szerokie zastosowanie przemysłowe. Pozakomórkowy Lak najszerzej uprawianego grzyba na świecie (tj., grzyb białobrzuchy, “P. ostreatus”) skutecznie degraduje BPA. Ekspozycja na BPA nie ma szkodliwego wpływu na ten grzyb jadalny .

usunięcie BPA przez Lac w ciągłym reaktorze z membraną enzymatyczną ocenianym w syntetycznych i rzeczywistych biologicznie oczyszczonych wodach odpadowych w konfiguracji reaktora opartej na reaktorze zbiornikowym z mieszaniem połączonym z membraną ceramiczną, wykazało prawie całkowite usunięcie BPA. Polimeryzacja i degradacja są prawdopodobnymi mechanizmami transformacji BPA przez Lac .

organizmy z rodzaju Basidiomycota mają ogromny potencjał bioremediacji dzięki swoim oksydazom fenolowym w degradacji fenoli. Lac i tyrozynaza występują głównie odpowiednio u T. versicolor i Agaricus bisporus. Pojawili się nowi obiecujący producenci enzymów typu dzikiego i skonstruowano również szereg rekombinowanych szczepów, opartych głównie na drożdżach lub szczepach Aspergillus jako gospodarzach. Konstrukty umożliwiają zastosowania do degradacji fenoli, polifenoli, krezoli, alkilofenoli, naftoli, bisfenoli i fluorowcowanych (bis)fenoli. Metody biologiczne i fizykochemiczne można łączyć, aby procesy nadawały się do użytku przemysłowego .

peroksydazy roślinne mają dużą potencjalną przydatność do odkażania ścieków zanieczyszczonych fenolem. Zastosowanie tych enzymów na dużą skalę do usuwania fenolu wymaga taniego, obfitego i łatwo dostępnego materiału zawierającego peroksydazę. Pulpa ziemniaczana, produkt odpadowy przemysłu skrobiowego, zawiera duże ilości aktywnych peroksydaz, a enzymy pulpy ziemniaczanej utrzymują swoją aktywność w pH 4-8 i są stabilne w szerokim zakresie temperatur. Skuteczność usuwania fenolu z pulpy ziemniaczanej wynosi ponad 95% .

unieruchomiona Lac na nanoporowatych kulkach krzemionkowych degraduje ponad 90% 2,4-dinitrofenolu w krótkim czasie (12 godzin). Proces unieruchomienia poprawia aktywność i trwałość Lac w celu degradacji zanieczyszczenia. Temperatury powyżej 50°C zmniejszają aktywność enzymu do około 60%. Jednak Ph i stężenie mediatora nie mogły wpływać na aktywność enzymu. Kinetyka rozkładu jest zgodna z równaniem Michaelisa-Mentena .

wodne wysięki życicy (Lolium perenne) mogą degradować BPA zarówno pod nieobecność, jak i w obecności naturalnej materii organicznej (NOM). W wysiękach z dodatkiem NOM proces degradacji jest dłuższy niż bez Nom. Aktywność peroksydazy i Lac w wysiękach sugerowała znaczący udział tych enzymów w degradacji BPA .

związki fluorku organicznego stały się ważnymi budulcami szerokiej gamy zaawansowanych materiałów, polimerów, agrochemikaliów i farmaceutyków. Osiągnięto koncepcję wprowadzenia grupy trifluorometylowej do niezabezpieczonych fenoli poprzez zastosowanie biokatalizatora (Lac), tBuOOH i albo odczynnika Langlois, albo siarczanu cynku Barana. Metoda polega na rekombinacji dwóch gatunków rodników, a mianowicie kationu rodnika fenolowego generowanego bezpośrednio przez Lac i rodnika CF3. Katalizowana Lac trifluorometylacja przebiega w łagodnych warunkach i degraduje fenole podstawione trifluorometylem, które były niedostępne klasycznymi metodami .

Lac-producers freshwater ascomycete 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 .

większą uwagę poświęcono nanobiokatalizie. Lac odwracalnie unieruchomiony na chelatowane mikrosfery magnetyczne cu(ΙΙ) i MN (ΙΙ) skutecznie usuwał BPA z wody. W porównaniu do wolnej Laki znacznie poprawiono stabilność termiczną i magazynową unieruchomionej Laki. Ponad 85% BPA usunięto w optymalnych warunkach .

jednak stosowanie enzymów w roztworze do uzdatniania wody ma ograniczenia dotyczące nieodwracalności, krótkich żywotności enzymów i wysokich kosztów jednorazowego użycia. Chen et al. opracował nowy typ biokatalizatora poprzez unieruchomienie grzybicy na powierzchni komórek drożdży przy użyciu technik biologii syntetycznej. Biokatalizator jest określany jako surface display Lac (SDL) i może być ponownie użyty z wysoką stabilnością, ponieważ zachował 74% początkowej aktywności po ośmiu powtarzających się reakcjach wsadowych. Skuteczność SDL i dowód koncepcji w leczeniu zanieczyszczeń pojawiających się problemów wykazano za pomocą bisfenolu A i sulfametoksazolu.