Cerrena Unicolor

17.4 fenoler

Oxidation av den klassiska Lac substrat ABTS av laccase av Tetracystis aeria är utbredd i klorofycean alger. Till exempel utsöndrar arter av Moewusinia, inklusive Chlamydomonas moewusii och T. aeria, förmodade “sanna” Lacs. Fenoliska substrat oxideras av dessa enzymer optimalt vid neutralt till alkaliskt pH. Tetracystis laccase omvandlar effektivt andra föreningar, såsom bisfenol A, 17 kcal-etinylestradiol, nonylfenol och triclosan i närvaro av ABTS som redoxmediator, medan antracen, veratrylalkohol och adlerol förblir oförändrade. Möjliga naturliga funktioner hos enzymerna, såsom syntes av komplexa polymerer eller avgiftningsprocesser, kan hjälpa algernas överlevnad i ogynnsamma miljöer. I förorenat ytvatten kan Lac-producerande gröna alger bidra till miljöförstöringen av fenolföroreningar .

förmodad Lac (CotA) från Bacillus pumilus MK001 klonad och uttryckt i E. coli befanns vara termostabil och uppvisade en halveringstid på 60 minuter vid 80 kcal C och visar potentiella bindningsaffiniteter med ferulsyra, koffeinsyra och vanillin .

fenoler är kända hämmare för cellulas och fermentativa mikroorganismer i bioraffineringsprocesser. Tillsatsen av Lac avlägsnar fenolföreningarna och reducerar därefter fördröjningsfasen hos den fermentativa mikroorganismen. Tillämpningen av Lac minskar emellertid glukosfrisättning under den enzymatiska hydrolysen. Andelen lignin och fenolsammansättningen är nyckelaktörer i inhiberingen av cellulas när den enzymatiska hydrolysen kombineras med Lac-avgiftning .

en intressant tillämpning inom miljöbioteknik är immobilisering av Lac för att eliminera fenoliska föroreningar via oxidation. Fumed kiseldioxid nanopartiklar har en intressant potential som stödmaterial för Lac-immobilisering via sorptionsassisterad immobilisering i perspektivet av applikationer såsom eliminering av mikroföroreningar i vattenhaltiga faser. Immobiliserande Lac från en Leviathan genus, coriolopsis polygonal, Cerrena unicolor, P. ostreatus och T. versicolor på fumed kiseldioxid nanopartiklar, separat eller i kombination, producerar en ökad aktivitet över ett pH-område mellan 3 och 7. De olika Lacs skiljer sig åt i deras pH optima och substrataffinitet. Genom att utnyttja deras skillnader möjliggjorde formuleringen av en skräddarsydd nanobiocatalyst som kunde oxidera ett bredare substratområde än de upplösta eller separat immobiliserade enzymerna. Nanobiocatalyst har potentialen för biokemisk oxidation vid eliminering av flera målföroreningar . Det har bekräftats att nonvocational nanobiocatalysts erhållna genom Lac immobilisering på kiseldioxidnanopartiklar hade ett brett substratspektrum angående nedbrytningen av motstridiga föroreningar, såsom fenoliska EDC (bisfenol A) .Detta understryker potentialen hos fumed kiseldioxid nanopartiklar / laccase kompositer för avancerad biologisk avloppsvattenbehandling.

Lacs kan katalysera enelektronoxidation av fenolföreningar i radikala mellanprodukter som därefter kan kopplas till varandra via kovalenta bindningar. Dessa reaktioner tros spela en viktig roll i humifieringsprocessen och omvandlingen av föroreningar som innehåller fenoliska funktioner i miljön. En reaktionsmodell utvecklades genom integration av metall-HA-bindande jämvikter och kinetiska ekvationer, förutsäga transformationshastigheten för triklosan i närvaro av HA och tvåvärda metalljoner inklusive Ca2+, Mg2+, Cd2+, Co2+, Mn2+, Ba2+ och Zn2+ .

hydroxylerade polybromerade difenyletrar (OH-PBDE) har ofta hittats i den marina biosfären som framväxande organiska föroreningar. Produktionen av OH-PBDE är sannolikt ett resultat av kopplingen av bromofenoxiradikaler, genererade från den Lac-katalyserade oxidationen av 2,4-DBP eller 2,4,6-TBP. Omvandlingen av bromofenoler genom Lac är pH-beroende och påverkas också av enzymatisk aktivitet. Med tanke på överflödet av 2,4-DBP och 2,4,6-TBP och den fylogenetiska fördelningen av Lac i miljön kan Lac-katalyserad omvandling av bromofenoler vara potentiellt en viktig väg för den naturliga biosyntesen av OH-PBDE .

Phanerochaete chrysosporium tillhör en grupp ligninnedbrytande svampar som utsöndrar olika oxidoreduktiva enzymer, inklusive ligninperoxidas (LiP) och manganperoxidas (MnP). Produktionen av Lacs i denna svamp har emellertid inte demonstrerats fullständigt och är fortfarande kontroversiell. Coexpressionen av laciiib-genen från T. versicolor och vpl2-genen från Pleurotus eryngii, och även de endogena generna mnp1 och lipH8 förbättrade cooverexpressionen av peroxidaser och lakfall upp till femfaldigt jämfört med vilda arter. Transformantstammar har ett brett spektrum i fenolisk / nonfenolisk biotransformation och en hög andel i syntetisk färgavfärgning i jämförelse med föräldrastammen och är ett enkelt och effektivt samuttryck av Lacs och peroxidaser i lämpliga basidiomycete-arter .

nyligen har Lac applicerats på nanobioteknik, vilket är ett ökande forskningsfält och katalyserar elektronöverföringsreaktioner utan ytterligare kofaktorer .

Kolnanopartiklar är lovande kandidater för enzym immobilisering. Jämfört med fri Lac har de immobiliserade enzymerna signifikant reducerade reaktionshastigheter. Diffusional begränsning inducerad av aggregering av kolnanopartiklar kan inte ignoreras eftersom det kan leda till ökade reaktionstider, låg effektivitet och höga ekonomiska kostnader. Dessutom förvärras detta problem när låga koncentrationer av miljöföroreningar är närvarande .

bisfenol A (BPA) är en hormonstörande kemikalie som är allestädes närvarande i miljön på grund av dess breda industriella användning. Extracellulär Lac av den mest odlade svampen i världen (dvs., vitrotsvamp, P. ostreatus) effektivt försämrad BPA. Exponeringen för BPA har inga skadliga effekter på denna ätliga svamp .

avlägsnandet av BPA med Lac i en kontinuerlig enzymatisk membranreaktor bedömd i syntetiskt och verkligt biologiskt behandlat avloppsvatten i en reaktorkonfiguration baserad på en omrörd tankreaktor kopplad till ett keramiskt membran visade nästan fullständigt avlägsnande av BPA. Polymerisation och nedbrytning är sannolika mekanismer för BPA-transformation med Lac .

organismer från phylum Basidiomycota har enorm bioremedieringspotential genom sina fenoloxidaser vid nedbrytning av fenoler. Lac och tyrosinas finns huvudsakligen i T. versicolor respektive Agaricus bisporus. Nya lovande vildtypproducenter av enzymer har uppstått och ett antal rekombinanta stammar konstruerades också, huvudsakligen baserade på jäst eller aspergillusstammar som värdar. Konstruktionerna tillåter applikationer för nedbrytning av fenoler, polyfenoler, kresoler, alkylfenoler, naftoler, bisfenoler och halogenerade (bis)fenoler. Biologiska och fysikalisk-kemiska metoder kan kombineras för att göra processerna lämpliga för industriellt bruk .

Växtperoxidaser har stark potentiell nytta för dekontaminering av fenolförorenat avloppsvatten. Storskalig användning av dessa enzymer för fenolförorening kräver billigt, rikligt och lättillgängligt peroxidasinnehållande material. Potatismassa, en avfallsprodukt från stärkelseindustrin, innehåller stora mängder aktiva peroxidaser, och potatismassaenzymer bibehåller sin aktivitet vid pH 4-8 och är stabila över ett brett temperaturområde. Fenolborttagningseffektiviteten hos potatismassa är över 95%.

immobiliserad Lac på nanoporösa kiseldioxidpärlor bryter ner mer än 90% av 2,4-dinitrofenol på kort tid (12 timmar). Immobiliseringsprocessen förbättrar Lac: s aktivitet och hållbarhet för nedbrytning av föroreningen. Temperaturer över 50 kcal C minskar enzymaktiviteten till ca 60%. PH och mediatorkoncentrationen kunde emellertid inte påverka enzymaktiviteten. Nedbrytningskinetiken är i enlighet med en Michaelis–Menten-ekvation .

vattenhaltiga exsudater av rajgräs (Lolium perenne) kan försämra BPA både i frånvaro och närvaro av naturligt organiskt material (NOM). I exsudater med tillsats av NOM är nedbrytningsprocessen längre än utan NOM. Peroxidas-och Lac-aktiviteter i exsudater föreslog en signifikant involvering av dessa enzymer i BPA-nedbrytning .

Organofluorföreningar har blivit viktiga byggstenar för ett brett spektrum av avancerade material, polymerer, jordbrukskemikalier och läkemedel. Konceptet för införandet av trifluormetylgruppen i oskyddade fenoler genom att använda en biokatalysator (Lac), tBuOOH och antingen Langlois reagens eller barans zinksulfinat uppnåddes. Metoden bygger på rekombination av två radikala arter, nämligen fenolradikalkatjonen som genereras direkt av Lac och CF3-radikalen. Den Lac-katalyserade trifluormetyleringen fortskrider under milda förhållanden och bryter ned trifluormetylsubstituerade fenoler som inte var tillgängliga med klassiska metoder .

Lac-producerande sötvatten 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 .

ökad uppmärksamhet har givits nanobiocatalys. Lac reversibelt immobiliserad på Cu(GHz)- och mn (IE)-kelaterade magnetiska mikrosfärer lyckades ta bort BPA från vatten. I jämförelse med fri Lac förbättras termisk och lagringsstabilitet hos immobiliserad Lac avsevärt. Mer än 85% av BPA avlägsnades under optimala förhållanden .

men användning av enzymer i lösning för vattenbehandling har begränsningar av icke-återanvändbarhet, korta enzymlivstider och höga kostnader för engångsbruk. Chen et al. utvecklat en ny typ av biokatalysator genom att immobilisera svamp Lac på ytan av jästceller med hjälp av syntetiska biologiska tekniker. Biokatalysatorn kallas surface display Lac (SDL) och kan återanvändas med hög stabilitet eftersom den behöll 74% av den initiala aktiviteten efter åtta upprepade satsreaktioner. SDL-effektivitet och bevis på koncept vid behandling av föroreningar av framväxande oro demonstrerades med bisfenol A och sulfametoxazol.