真菌漆酶的研究进展及其应用前景
白腐真菌漆酶的研究进展及应用前景
C.hrohlm 漆酶 比一 般 的真 菌漆 酶 具有 更 高 的热稳 定 t mp iu e i 性, 并且在 p H值 6 8时反应较适宜 l] . “。
表 1 不 同来 源 漆酶 的分 子 量 、 含糖 量 和含 铜 量
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安徽 农 业科 学 。 a l f nu g Si20 ,64 :37—11 J ma o A hi n.c.083 ()11 o A 39
责任 编辑
刘 月娟
责任 校 对
马君 叶
白腐 真 菌 漆 酶 的研 究 进 展 及 应 用 前 景
梁 帅, 周德明, 冯友仁 (南 业 技 学 源 环 学 ,南 沙4o) 中 林 科 大 资 与 境 院湖 长 1 4 o 0
Ke ywo d Lin ;Wh t o u g s rs gi n i r tfn u ;Llc s e ca e
木质素是 以苯丙 烷类 似物 为单 元构 成 的一大 类生 物 多 聚体 , 组成 单元 的结构及其 连接键复 杂而稳 定 。这种 无规则 的复杂结构使 得木 质 素难 以降解 …。 自然 界 中木质 素 降解
1 白腐真菌漆酶 的特性
11 分子 特征 _ J 漆 酶是 一 种糖 蛋 白, 链一 般 由 50 . 6 肽 0
个左右 氨 基 酸组 成 ,其 中含 1 氨 基 酸 , A p T rGu 9种 即 s 、 h、 l、
S r P o G y Al 、 l C s Me 、 l 、 e 、 y 、 n P e y 、 i u T r Gl 、 h L s H s e
真菌漆酶的研究进展
真菌漆酶的研究进展宋瑞(安徽大学生命科学学院合肥230039)【摘要】漆酶是一种蓝色多铜氧化酶,和植物中的抗坏血酸氧化酶,哺乳动物的血浆铜蓝蛋白属同族,能够催化多种有机底物和无机底物的氧化[1,2],同时伴随分子氧还原成水。
漆酶广泛分布于真菌、高等植物、少量细菌和昆虫中,尤其在白腐真菌中普遍存在。
漆酶特有的结构性质和作用机理使其具有巨大的应用价值。
本文就真菌漆酶结构,功能的研究进展作一综述,并对其应用作简单介绍。
【关键词】真菌漆酶三维结构功能应用1真菌漆酶结构特征1.1 漆酶的组成漆酶是一种糖蛋白,肽链一般约由500个氨基酸组成[3],糖基含量差异较大,占整个分子质量的10%—80%[4],据相关报道,漆酶的热稳定性可能与其糖基化有关。
糖组成包括半乳糖、葡萄糖、甘露糖、岩藻糖、氨基己糖和阿拉伯糖等。
Mayer[5]认为漆酶并不均一,它由多条5000~7000分子量的糖肽链基本结构单元组成。
由于结构单元之间的缔合度不同,造成了各种漆酶分子量的不同。
另外,分子中的糖基的差异,也会引起漆酶的分子量随来源不同会有很大的差异,从59—390ku不等。
真菌漆酶约含19种氨基酸,绝大部分为单体酶,但也有例外,如双孢蘑菇和长绒毛栓菌漆酶由两个亚基组成[6],而柄孢壳漆酶I由四个亚基组成。
漆酶种类繁多,不同种类的真菌产生的漆酶种类不同,即使同一种真菌在不同环境下也产生不同种漆酶。
1.2漆酶的晶体结构由于漆酶是含糖蛋白质,且糖质量分数较高,一直以来很难获得X-衍射分析所用的单晶体,因此阻碍了关于漆酶结构的研究进展。
1998年第一个漆酶晶体是Ducros V[7]制备的来自灰盖鬼伞(Coprinus cinereusv)T1Cu缺失型漆酶晶体,并分析了其结构。
至今为止,Bacillus subtilis(CoA)[8];Melanocarpus albomyces(MaL)[9];Rigidoporus lignosus(RiL)[10];Pycnoporus cinnabaricus(PcL)[11];Coprinus cinereus(CcL)[12]和Trametes versicolor(TvL)[13]漆酶的三维结构已相继被报道。
白腐真菌TR16漆酶的酶学特性及其应用研究的开题报告
白腐真菌TR16漆酶的酶学特性及其应用研究的开题报告一、研究背景漆酶是一类催化酯键水解的酶,广泛存在于生物体内,可以被细菌、真菌等微生物所产生。
其中,白腐真菌TR16漆酶是一种具有很高催化活性和广泛反应特异性的漆酶,具有广泛的应用前景。
二、研究内容1.对白腐真菌TR16漆酶的酶学特性进行研究,包括催化反应的速率、反应温度和pH等。
2.优化白腐真菌TR16漆酶的产生条件,提高酶活性和酶产量。
3.研究白腐真菌TR16漆酶在碱性环境下的催化活性及其应用。
4.开展白腐真菌TR16漆酶在水处理、纸浆漂白、染料去除等方面的应用研究。
三、研究意义1.通过研究白腐真菌TR16漆酶的酶学特性和产生条件,可以为白腐真菌TR16漆酶的大规模生产提供理论和实践支持。
2.研究白腐真菌TR16漆酶在碱性环境下的催化活性,可以为水处理和纸浆漂白等领域提供有力的技术支持。
3.研究白腐真菌TR16漆酶在染料去除方面的应用,可以为环境保护提供新的解决方案。
四、研究方法1.分离纯化白腐真菌TR16漆酶,测定其酶学特性。
2.通过优化培养基成分、培养条件等,提高酶产量和酶活性。
3.在不同的pH和温度条件下,测定白腐真菌TR16漆酶的催化活性。
4.用白腐真菌TR16漆酶处理染料废水,测定去除效果。
五、研究预期成果1.确定白腐真菌TR16漆酶的酶学特性,包括酶活性、反应温度和pH等。
2.优化白腐真菌TR16漆酶的产生条件,提高酶产量和酶活性。
3.探究白腐真菌TR16漆酶在碱性环境下的催化活性,为环境治理提供新的技术途径。
4.研究白腐真菌TR16漆酶在染料去除方面的应用,为环境保护提供新的解决方案。
漆酶可行性研究报告
漆酶可行性研究报告一、研究背景漆酶是一种具有较强氧化性的酶,能够将多酚类物质氧化成酚醛类产物。
由于其在生物体内广泛存在,并且对环境友好,因此漆酶在多个领域有着广泛的应用前景,包括环境保护、食品工业和医药领域等。
随着对漆酶应用研究的深入,漆酶可行性研究也成为了研究热点之一。
二、研究目的本研究旨在探索漆酶在不同领域中的应用可行性,包括漆酶在环境保护、食品工业和医药领域的应用潜力,以期为漆酶的进一步应用提供理论基础和技术支持。
三、研究内容1. 漆酶在环境保护中的应用探索漆酶在废水处理、土壤修复和大气污染治理等方面的应用潜力,分析其对环境保护的贡献和可行性。
2. 漆酶在食品工业中的应用研究漆酶在食品防腐、色素稳定和酶促反应等方面的应用潜力,评估其在食品工业中的可行性和安全性。
3. 漆酶在医药领域中的应用探索漆酶在药物合成、肿瘤治疗和医疗废物处理等方面的应用潜力,分析其对医药领域的贡献和可行性。
四、研究方法1. 文献综述对漆酶及其应用领域的相关文献进行综合梳理和分析,获取漆酶应用的现状和研究进展。
2. 实验研究通过实验手段,对漆酶在环境保护、食品工业和医药领域中的具体应用进行验证和评估,获取实验数据支持。
五、研究进展1. 漆酶在环境保护中的应用通过文献综述和实验研究,初步确认了漆酶在废水处理中的氧化还原作用和对重金属的去除效果,验证了其在土壤修复中的降解有机污染物能力,展示了在大气污染治理中的潜在应用前景。
2. 漆酶在食品工业中的应用研究表明,漆酶能够对抗氧化物质,延缓食品氧化变质,同时在食品颜色稳定和饱和脂肪醇催化合成等方面也具有潜力。
3. 漆酶在医药领域中的应用初步验证了漆酶在药物合成和生物医药中的应用潜力,特别是在药物合成过程中的催化反应和对肿瘤细胞的抑制作用。
六、研究展望漆酶在环境保护、食品工业和医药领域中的应用潜力巨大,经过初步研究已经展现出较好的可行性和效果,但还需要更多的深入研究和实际应用验证。
漆酶高产菌研究进展及应用
漆酶高产菌研究进展及应用
漆酶高产菌研究进展及应用
综述了漆酶高产菌的研究现状,提出了今后漆酶高产菌的研究方向,同时也对漆酶在环境保护、生物检测和电化学分析、造纸工业、食品工业和智能包装等方面的应用价值进行了概述.
作者:秦鹏吴振强 QIN Peng WU Zhen-qiang 作者单位:华南理工大学生物科学与工程学院,广东,广州,510640;华南理工大学纸浆造纸工程国家重点实验室,广东,广州,510640 刊名:河北农业科学英文刊名:JOURNAL OF HEBEI AGRICULTURAL SCIENCES 年,卷(期):2008 12(10) 分类号:Q55 关键词:漆酶高产菌研究进展应用。
真菌漆酶及其应用
但是 ,很重要的一点是这些漆酶在和铜原子连 接的半胱氨酸和 10 个组氨酸之中或周围都有严格 的保守氨基酸残基 , 任何情况下这些氨基酸都分布 在含有两对组氨酸残基的 N - 末端区域 , 或是分布 于 C - 末端的半胱氨酸和其余组氨酸残基之间 。
2. 3 漆酶的三维结构及活性中心
通过 NMR 、 EPR 、 CD 光谱等一系列研究 ,以及与 抗坏血酸氧化酶 、 血浆铜蓝蛋白等的比较分析 ,对漆 酶的 生 物 化 学 及 结 构 特 性 有 了 较 为 深 入 的 了 解
23
真菌漆酶的研究虽然有较长的历史 , 但是在很 长时期内 ,集中在体内功能的研究 ,比如它在真菌自 身发育分化中的定位 、 分布 、 专一性 、 可能生理功能 , 以及在侵染植物中扮演的角色等等
[5 ]
。随着本世纪
70 年代前后聚丙烯酰胺凝胶电泳和分子克隆等生
物学技术的问世 ,漆酶的研究也掀开了新的一页 ,从
Cys487 形成的二硫键来稳定 。284 - 327aa 残基形成
疏松的环状将第二和第三结构域连于一起 。Asn343 上连接一个 N - 型 N - 乙酰葡糖胺 。铜原子连接在 其中的两个区域内 。I 型铜原子位于第三结构域 中 ,三型铜原子位于 I 、 III 结构域的交界处 , 这和抗 坏血酸氧化酶的结构一致 。没有观察到 II 型铜原 子位点的电子密度 。这暗示了漆酶在漫长的生物进 化历程中的保守地位 。 值得指出的是 , 含四个铜原子的酶分子是最常 见的 形 式 , 而 某 些 酶 蛋 白 的 辅 基 有 例 外 的 情 况 。
[9 - 10 ]
。在此过程
中 ,氧还原很可能分两步进行 ,两个电子转移产生过 氧化氢中间体 ,该中间体在另两单电子作用下被还 原为水
漆酶工业应用的研究进展
然而,漆酶的应用仍存在一定的局限性,如对作用温度和pH等环境因素要求 较高,以及生产成本相对较高等问题。因此,未来需要进一步优化漆酶的生产和 应用条件,提高其稳定性和实用性。
此外,本次演示还发现漆酶的工业化应用需要加强其产物的分离纯化技术。 由于漆酶的底物复杂性和不稳定性,导致漆酶反应过程中产生一些副产物,影响 了漆酶的应用效果和工业化进程。因此,未来的研究方向可以包括优化漆酶生产 工艺和反应条件,提高产物分离纯化技术等。
漆酶工业应用的研究进展
01 摘要
03 研究现状
目录
02 引言 04 研究方法
目录
05 结果与讨论
07 参考内容
06 结论
摘要
本次演示主要综述了漆酶在工业应用领域的研究进展。首先,介绍了漆酶的 分类、分布及其在木材工业、食品工业、制药工业等领域的广泛应用。然后,总 结了漆酶产生菌的筛选、漆酶的表达与制备、漆酶的应用等方面的研究现状。接 着,介绍了研究漆酶工业应用的方法,包括文献调研、实验设计、数据统计等。 最后,对漆酶工业应用的研究结果进行了客观描述和解释,探讨了其应用效果的 评价、局限性和未来发展方向。
引言
漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,广泛分布于真菌、植物和昆虫中。由于其具 有高氧化活性和广泛的底物特异性,漆酶在木材工业、食品工业、制药工业等领 域具有重要的应用价值。特别是在木材工业中,漆酶可以有效地降解木质素,为 生物木材防腐、生物精炼和生物纸浆等提供新的途径。
研究现状
随着生物技术的不断发展,漆酶产生菌的筛选、漆酶的表达与制备等方面取 得了显著进展。在漆酶的应用方面,除了传统的木质素降解和木材防腐,漆酶还 在食品加工、制药、环保等领域得到了广泛应用。例如,漆酶可以用于食品添加 剂的生物合成、药物中间体的氧化还原反应以及染料脱色等。
漆酶在食品领域的研究进展
漆酶在食品领域的研究进展作者:游月丽梁秀贤来源:《中国食品》2021年第18期酶是一种具有催化作用的蛋白质,一种酶可以催化一种或一类反应,具有高度专一性、作用条件温和、催化效率高等特点。
酶的化学本质是蛋白质或RNA,具有一级、二级、三级甚至四级结构,其中酶的催化作用有赖于酶分子的一级结构及空间结构的完整,如果酶分子变性或亚基解聚,均会导致酶活性丧失。
酶的种类有很多,漆酶是其中之一。
作为一种含铜的多酚氧化酶,漆酶可以催化酚类、多氨基苯等物质,甚至可以催化氧化非酚类物质,在有氧条件下,不需要过氧化氢的参与就可直接氧化底物。
漆酶独特的催化特性使其广泛应用于食品、造纸、废水处理等领域,尤其在食品工业领域有极大的优势,而且漆酶来源广泛、易提取,其反应副产物也对环境无污染。
随着生物技术的深入研究,食品的安全、营养及感官功能越来越得到重视,为了研究对人体健康有益的食品,相关研究人员积极寻找突破口。
本文主要论述了漆酶在食品领域的研究进展,以期为漆酶的开发利用提供一定的参考。
一、漆酶概述漆酶是一种由肽链、糖配基组成的含铜多酚氧化酶,一般含有四个铜离子,铜离子是漆酶氧化的活性部位,在有氧条件下,利用铜离子的氧化能力氧化还原性底物,将电子传递给氧,氧被还原成水。
漆酶的本质是一种环保型酵素,因为其发生反应后唯一的产物就是水,对环境的影响较小。
漆酶的来源有很多,广泛存在于菇、菌及植物中,也有的存活于空气中。
真菌漆酶的特性最好,其热稳定性、催化氧化性比细菌漆酶、植物漆酶更好。
漆酶的催化方式有三种,最广泛的是含有介体的催化。
在介体的参与下,漆酶先氧化介体,再由氧化的黄素酶对底物进行催化氧化,氧化的黄素酶又可再生,不同的介体能够参与多种催化过程。
漆酶独特的催化特性使其在生物检测中有广泛的应用,作为高效的生物检测器而成为底物、辅酶、抑制剂等成分分析的有效工具和手段。
二、漆酶在食品中的应用1.保持果汁的品质稳定。
水果中完整的植物细胞内存在酚类物质及酚类氧化物,如单宁,水果破碎后,酚类物质被空气中的氧气氧化,形成褐色聚合物,果汁中沉淀物形成的重要因素就是果汁中的蛋白质与酚类物质的聚合,因此需要延缓果汁中蛋白质和酚类物质聚合形成沉淀,从而保持果汁品质稳定。
漆酶生产工艺的研究与改进
漆酶生产工艺的研究与改进一、引言漆酶是一种分子量较小的酶,具有广泛的应用前景。
其中最具代表性的用途就是在工业生产中作为生物催化剂,提高产物的纯度和收率,降低生产成本。
一直以来,漆酶的生产工艺一直是生物技术研究领域的热点之一,众多科学家和研究机构致力于发掘更高效的漆酶生产工艺。
二、漆酶的生产工艺目前,漆酶生产工艺主要采用微生物发酵法。
常见的产生漆酶的微生物包括铜绿假单胞菌和黄杆菌。
不同的菌株对生产条件的需求不同,需要通过不断优化来提高生产效率。
1. 菌株的选择漆酶的生产效率和菌株的选择有很大的关系。
铜绿假单胞菌和黄杆菌是目前最常被用于漆酶生产的微生物,在这些菌株中,铜绿假单胞菌的产量更高。
此外,国内外还有一些新的细菌被挖掘出来,值得进一步研究其漆酶生产的潜力。
2. 发酵条件的控制生产漆酶的过程中,发酵条件的控制至关重要。
pH值、温度、发酵时间等条件都需要严格控制。
此外,发酵过程中的氧气供应也需要控制在适宜范围内。
目前,通常采用气体补给技术和在线监测技术来保证氧气供应的平衡。
3. 收割和提取技术收割和提取技术也是影响漆酶生产效率的重要因素之一。
通常采用离心法或超滤法来收集菌体,然后使用水解酶或超声波等技术来提取漆酶。
这些方法不仅能提高漆酶的产量,还能改善漆酶的纯度和活性。
三、漆酶生产工艺的改进在不断改进的过程中,科学家们提出了很多新的漆酶生产工艺。
常见的改进方法包括:1. 基因工程改造利用基因工程技术,可以通过改造菌株的代谢途径和调节酶基因的表达来提高漆酶的产量。
研究表明,通过基因工程改造,可以将漆酶的产量提高一到两倍。
2. 大规模化生产技术目前,漆酶的生产工艺已经转移到了大规模化生产阶段。
通过使用发酵罐、气体补给器、离心机和超滤器等设备,可以在短时间内生产出大量的漆酶。
此外,使用自动化控制技术也能够提高漆酶生产效率。
3. 生化反应工程生化反应工程是现代生物技术的重要组成部分。
通过研究发酵条件、酶的稳定性和保护因子等因素,可以实现漆酶的高效生产。
白腐真菌及其漆酶的应用研究
白腐真菌及其漆酶的应用研究白腐真菌是一类产生漆酶的真菌,广泛存在于自然界中,能够分解植物纤维素和木质素。
漆酶是一种蛋白质,具有高度催化活性,能够氧化各种有机物质。
因此,白腐真菌及其漆酶的应用研究在多个领域具有重要意义。
首先,在生物质能源转化中,白腐真菌及其漆酶的应用得到了广泛关注。
生物质能源是可再生能源的重要组成部分,其潜在资源非常丰富。
然而,植物纤维素和木质素的高度结晶性和抗酶解性限制了生物质的高效转化。
而白腐真菌及其漆酶能够有效降解植物纤维素和木质素,促进生物质的降解和转化。
因此,基于白腐真菌及其漆酶的生物质能源转化技术可以有效提高生物质的利用效率。
其次,在环境污染治理中,白腐真菌及其漆酶的应用也具有潜力。
许多有机污染物,如农药、染料和有机废物等,对环境和人类健康造成了严重威胁。
传统的污染物处理技术通常昂贵且不具备高效环保的特点。
而白腐真菌及其漆酶通过催化氧化有机物质,能够将有机污染物降解为无毒的物质。
因此,基于白腐真菌及其漆酶的环境污染治理技术有望成为一种高效、经济和环保的处理方法。
此外,白腐真菌及其漆酶的应用还可以推动生物医药领域的发展。
近年来,特别是在抗癌药物的研发方面,白腐真菌及其漆酶被广泛用于合成生物活性化合物。
漆酶作为一种催化剂,具有选择性催化和高效的特点,能够催化各种有机合成反应,合成具有药理活性的化合物。
因此,基于白腐真菌及其漆酶的生物活性化合物合成技术极大地推动了新药研发的进程。
综上所述,白腐真菌及其漆酶在生物质能源转化、环境污染治理和生物医药等领域的应用研究具有重要的意义。
随着对可再生能源、环境保护和药物研发的需求不断增加,相信白腐真菌及其漆酶的应用将继续得到进一步的研究和开发。
产漆酶真菌以及漆酶的研究
产漆酶真菌以及漆酶的研究摘要:漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,在细菌、真菌、放线菌、植物中都有报道,但报道最多的为真菌,尤其是白腐真菌。
漆酶能够降解环境中的木质素,在纸浆漂白、废水处理中意义重大。
漆酶通常情况下漆酶含有4个铜原子结合位点,通过电子在这四个铜原子间相互传递达到分解底物的目的。
漆酶基因的异源表达已经吸引了广大学者的目光,至今为止,数十种真菌的漆酶基因已经成功在酵母等异源表达系统中表达,我们可以预见漆酶在人类未来的生活中将发挥重要作用。
关键词:漆酶,白腐真菌,铜原子结合,异源表达现如今,环境污染已严重影响了人类的生存,造纸厂、纺织厂排出的废水则是重要的污染源之一。
木质素是使废水颜色发黑的主要原因[1],倘若在工厂排出废水前先将木质素出去,将会大大降低废水的毒性。
木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质,存在于木质组织中,是世界上仅次于纤维素的第二位最丰富的有机物。
木质素作为纤维素的粘合剂,能增强植物体的机械强度,利于输导组织的水分运输和抵抗不良外界环境的侵袭。
木质素外观上是一种白色或接近无色的物质,相对密度大约在1.35~1.50 之间,非常坚硬,难溶于各种无机或有机溶剂[2]。
木质素属天然芳香族高分子聚合物,是一类在自然界存在量很大但是又较难降解的可再生资源,木质素不含易水解的重复单元,因而不受水解酶的攻击,不仅如此,它还和半纤维素以共价键形式结合,将纤维素分子包埋在其中,形成一种天然屏障,使纤维素酶不易与纤维素分子接触,给纤维素的降解也造成了困难[3]。
因此去木质素成为目前人们面临的一大难题。
1 白腐真菌降解木质素研究表明,在自然界中,木质素的完全降解是真菌、细菌、放线菌及相应微生物群落共同作用的结果。
其中,真菌起主导作用[4],某些真菌能够有效的降解木质素,尤其是白腐真菌(white-rot fungus)可通过一系列的酶促反应实现对木质素的彻底降解。
白腐真菌是一类丝状真菌,分类学上属于真菌门,绝大多数为担子菌纲,少数为子囊菌纲。
真菌漆酶基因研究进展
收稿日期:2008204230;修回日期:2008211210作者简介:左斌(19862),男,2004级基础医学专业学生。
E 2mail::zbredeye2000@真菌漆酶基因研究进展左斌,王海斌,葛俊综述;贾文祥审校(四川大学华西基础医学与法医学院,成都 610041)摘 要:漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,也是木质素生物合成的关键酶之一,目前已发现多种生物能产生漆酶,包括植物、真菌、昆虫、细菌等。
其中,以真菌中的白腐菌研究最多。
近年来,由于漆酶在生物漂白、农作物秸秆利用以及环境垃圾处理方面具有广阔的应用前景,漆酶研究越来越受到国际上的重视。
同时,随着分子生物学相关技术的发展,漆酶研究已深入基因水平,已有多种漆酶基因获得克隆,一些漆酶基因也实现了异源表达。
本文概述了真菌漆酶基因研究的最新进展。
关键词:漆酶;多酚氧化酶;木质素;异源表达中图分类号:R379文献标识码:A文章编号:100525673(2009)0120072205 漆酶(Laccase )是最简单的一种多铜氧化酶(p 2di phenol oxidase EC .1.10.3.2),一般含有4个铜原子,分布于3个高度保守的不同结合位点,每个铜原子在催化机制中都有很重要的作用。
漆酶能催化O 2通过4个电子还原成水,并且伴随着一些酚类底物的氧化。
漆酶最早是由日本的吉田1883年在漆树的分泌物中被发现,随后Laborde (1893)又证实在一些真菌中也含有这种酶。
目前研究发现,漆酶不仅广泛存在于真菌和植物中,而且某些昆虫、细菌也能分泌漆酶〔2〕。
其中对属于白腐菌类的担子菌研究最多。
根据漆酶的来源主要分为漆树漆酶(Rhus Laccase )和真菌漆酶(Fungal laccase )两大类,不同来源的漆酶核苷酸序列差异很大〔3〕,本文综述了真菌漆酶基因克隆与表达的最新进展。
1漆酶基因的克隆1988年Fr oh man 等发明快速扩增c DNA 技术(RACE 技术),随后该方法被广泛用于漆酶基因的克隆〔2,3〕。
炭基材料固定化真菌漆酶在污水处理领域的应用
炭基材料固定化真菌漆酶在污水处理领域的应用炭基材料固定化真菌漆酶在污水处理领域的应用随着工业化进程的快速发展,污水处理已经成为一个全球性的环境问题。
传统的污水处理方法存在着诸多问题,如高能耗、污染物残留、设备废弃等。
因此,寻找更加可持续、高效的污水处理技术成为了迫切的需求。
真菌漆酶是一类广泛存在于自然界中的酶,具有高效生物降解和氧化能力。
近年来,固定化真菌漆酶成为了一个备受关注的研究方向,其在污水处理领域的应用前景引起了广泛的关注。
炭基材料作为一种常见的固定化载体,具有较大的比表面积和优良的生物相容性,因此被广泛应用于固定化真菌漆酶。
通过将真菌漆酶固定化在炭基材料上,可以提高其稳定性和活性,实现对污水中有机物的高效降解。
在炭基材料固定化真菌漆酶的应用中,炭基材料的选择对于提高降解效率至关重要。
炭基材料可以通过不同的制备工艺得到不同的特性,如孔隙结构、表面性质和微观形貌等。
不同的炭基材料可以与真菌漆酶形成亲和性,提高降解效率。
研究表明,纳米炭材料具有较高的比表面积和丰富的孔隙结构,因此在固定化真菌漆酶时具有更高的活性和稳定性。
此外,炭基材料固定化真菌漆酶还可以通过调控工艺条件来实现对特定污染物的高效降解。
研究人员可以通过调节反应温度、pH值和酶的负荷量等条件来优化降解过程。
这种方法可以增加降解过程中的降解速率和效率,提高污水处理的效果。
炭基材料固定化真菌漆酶在实际的污水处理中已经取得了一定的成功。
一项研究表明,在降解某种有机物的过程中,真菌漆酶固定在炭基材料上的降解效率较传统方法提高了近50%。
真菌漆酶在炭基材料上的固定化还具有较高的稳定性,在多次循环使用后仍能维持较高的降解效率。
这为污水处理行业带来了一种新的、高效的处理方法。
然而,炭基材料固定化真菌漆酶在污水处理领域的应用仍然面临着许多挑战。
例如,如何选择合适的炭基材料、如何实现固定化真菌漆酶的高效固定等问题仍需要进一步的研究。
此外,固定化真菌漆酶系统的长期稳定性和实际应用的可行性也是需要考虑的问题。
白腐真菌漆酶的研究进展及应用前景
基金项目 作者简介
收稿日期
湖南 省自然科学基金( 04jj 3055) 。 梁帅( 1982 - ) , 男, 河南郑州人, 硕士研究生, 研 究方向: 应 用 微生物。
2007- 09-28
C .t her mophili um 漆酶 比 一 般 的 真菌 漆 酶 具 有 更 高 的 热 稳 定 性, 并且在pH 值6 .8 时反应较适 宜[ 11] 。
木质素 是以苯 丙 烷类 似 物 为单 元 构 成的 一 大 类生 物 多 聚体, 组成单元的结构及其连接键复杂而稳定。这种无规则 的复杂 结构使 得木 质 素 难以 降 解[ 1] 。自 然 界 中木 质 素 降 解
主要是通过丝状真菌, 尤其是通过白腐真菌的分解作用来完 成。白腐 真菌降 解木 质 素 依赖 一 些 酶的 产 生 和分 泌。 这 些 酶共同 构成了木 质 素降 解 酶 系。白 腐 真 菌分 泌 的 木质 素 降 解酶主 要 有 木 质 素 过 氧 化 物 酶、锰 过 氧 化 物 酶 和 漆 酶 3 种[ 2] 。漆酶最早 是由 日 本 学者 吉 田 从漆 树 的 分泌 物 中 发 现 的[ 3] , 后 来证明它广泛 存在于 真菌中 。现在 认为 漆酶 是一 种 普遍分 布于植物、昆 虫、真 菌 和细 菌[ 4] 中 的重 要 酶 种。20 世 纪末, 漆酶受到广泛地关注。这主要是由于学者们曾认为黄 孢原毛平革菌中不存在漆酶, 由此激发了人们在白腐真菌的 其他菌种中寻求漆酶存在的真实性; 另一方面是因为漆酶可 在仅有碳 源存 在条 件 下 由菌 体 分 泌[ 5] , 并 且 具 有 780 mV 氧 化还原电位 , 在 没 有 H2O2 和 其 他 次级 代 谢 产物 的 存 在 下 可 催化有 机污染物的 氧化。 1 白腐真菌漆酶的特性 1 .1 分子 特 征[ 6- 8] 漆 酶是 一 种 糖 蛋 白, 肽 链 一 般 由 500 个左 右 氨 基 酸 组 成 , 其 中 含 19 种 氨 基 酸, 即 Asp 、Thr 、Gl u 、 Ser 、Pro 、Gly 、Al a 、Val 、Cys 、Met 、Il e 、Leu 、Tyr 、Gln 、Phe 、Lys 、His 、 Arg 、Try 。糖配 基占 整 个 分子 的 10 % ~45 % 。糖 组 成 包 括 半 乳糖、葡 萄糖、氨 基己 糖、甘 露 糖、岩 藻 糖 和 阿拉 伯 糖 等。 由
漆酶及其应用研究进展
( C o l l e g e o fA g r i c u l t u r e a n d F o r e s t r y , L o n g d o n g U n i v e  ̄ i t y , Q i n g y a n g 7 4 5 0 0 0 , G a n s u )
d u c e s t h e s t r u c t u r a l c h a r a c t e is r t i c s ,c a t a l y t i c me c h a n i s m ,a c t i v e i n l f u e n c e a n d o t h e r f a c t o r s o f l a c c a s e ,
漆酶( 1 a c c a s e , E C 1 . 1 0 . 3 . 2 ) 是 一 种 含 铜 的 多 酚 目前 , 真菌漆酶 中的担子 菌和子囊 菌是 人们集 氧化酶 ( p o l y p h e n o l o x i d a s e s , P P O) , 被 抗坏血 酸、 胺 中研究的热点, 而担子菌中的 白腐菌是 目前 原核和 类、 O : 催化 酚 类 等 物 质 氧 化 后 , 最 终 生 成 相 应 的 产 真核微生物中所知的唯一能够 自身利用氧化酶 系统 物 与水 。过 氧 化 物 酶 、 酪 氨 酸 酶 等 与 漆 酶协 同 组 成 将纤维木质素降解为二氧化碳 的一种真 菌。此外 , 了酚类氧化酶群体 , 广泛存在于 自然界中。同时 , 血 真菌 漆 酶也 是 部 分 致 病 真菌 的 毒性 成 分 之 一 , 在 真 浆 铜 蓝蛋 白 ( c e r u l o p l a s m i n ) 、 抗坏 血 酸 氧化 酶 ( a s c o r . 菌 的分 化 、 色素 的形 成 中发 挥 着 重 要 的 作 用 。 与 真
漆酶的研究进展及其应用
ResearchProgressandApplicationofLaccase
LiuLian,YangQing
(ShenQiEthnicMedicineCollegeofGuizhouMedicalUniversity,Guiyang 550005,China)
Abstract:Laccaseisacopper-containingmultipleoxidasewidelyexistinginfungi,bacteriaandinsect.Laccasehasextensive usevalueinfood,industrialprocessingandbio-energydevelopment. Keywords:laccase;food;catalytic
·60·
山 东 化 工 SHANDONGCHEMICALINDUSTRY 2019年第 48卷
漆酶的研究进展及其应用
刘 恋,杨 清
(贵州医科大学 神奇民族医药学院,贵州 贵阳 550005)
摘要:漆酶是广泛存在于真菌、细菌、昆虫体内的一种含铜的多氧化酶,广泛应用于食品、工业加工、生物能源开发。 关键词:漆酶;食品;催化 中图分类号:Q814.9 文献标识码:A 文章编号:1008-021X(2019)03-0060-02
1Hale Waihona Puke 漆酶的作用机制漆酶为单蛋白体分子量差异较大的糖蛋白,结构是相似的 球状,由三个含有 β圆桶状的杯结构,及带有 4个铜离子的活 性中心组成。4个铜离子分别是 T1Cu、TCu3b、T2Cu、T3Cu3a。 顺磁共振光谱下,漆 酶 显 蓝 色 且 含 有 叫 宽 的 超 精 细 裂 分,蓝 色 是由组氨酸、半胱氨酸等构成的 Cys→T1Cu电子转移带呈现, 超精细裂分是因 T2Cu上水与咪唑配位形成。TCu3a与 TCu3b 由氢氧化物与组氨酸搭桥连接,其氢氧化物获得一个 H+生成 水,底物形成自由基,发生非酶催化反应,机制为乒乓反应[6]。
真菌漆酶高级结构研究进展
聚糖漆 酶 。木 腐 真 菌 P e iu ii[ P e rt5 h l n s bs。 l r 、 luoM
p l n ru _ umo a is 幻和 T a ts i oa 2 菌 根 真 菌 2 r me l s ¨ ev l , C nh rl s i ru [ , 囊 菌 R iotnasl一 a ta el b is 子 uc a 2 h zco i oa 的 漆 酶 都 是 由 两 个 相 对 分 子 质 量 相 似 的 亚 基 组
成, 每个亚基 的相对 分 子质量 与 单亚基 漆 酶相 对分
子 质 量 相 当 引。平 菇 ( e rts s ets 漆 酶 同 Pl ou t au ) u or
真菌 漆酶 高级 结构研 究进 展
高 玉 千 , 张 利 明 , 张世 敏 , 徐 淑 霞 , 吴 坤
( 南 农 业 大 学 生命 科 学 学 院 , 南 郑 州 4 0 0 ) 河 河 5 0 2 摘 要 :白 腐 茵 分 泌 的 木 质 素 降 解 酶 主 要 有 木 质 素 过 氧 化 物 酶 、 依 赖 过 氧 化 物 酶 和 漆 酶 3种 。 锰
漆酶 皆为糖 蛋 白, 配基 主 要 有 氨 基 己糖 、 糖 葡 萄糖 、 露 糖 、 乳 糖 、 藻 糖 和 阿 拉 伯 糖 _ 。漆 酶 甘 半 岩 6 ] 的来 源 不 同 , 糖 质 量 分 数 约 3 一9 不 等 。这 些 含 4 组 分 在植 物 漆 酶 的 质 量 分 数 约 为 4 , 菌 漆 酶 的 5 真
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真菌漆酶的研究进展及其应用前景摘要:漆酶生产菌株多为白腐真菌,常用的漆酶活性测定方法有分光光度法、abts法、微量热法等,其降解工业“三废”中的有毒有害物质被认为是一种效率较高,成本较低的且最有前途的方法,其对环境保护的研究以逐渐成为国内外研究的热点,本文阐述漆酶的性质、活性中心、结构特点以及其在环境治理方面的应用。
关键词:漆酶;结构;活性中心;环境修复中图分类号:x592文献标识码:a基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目资助(项目编号:12521573)为本文通讯作者漆酶最早由yoshi从日本紫胶漆树(rhus vernicifera)漆液中发现。
19世纪末,g.betranel首次将能够使生漆固化的活性物质进行分离,命名为“laccuse”,即漆酶。
漆酶属蓝色多铜氧化酶家族[1,2],与抗坏血酸氧化酶和哺乳动物血浆中铜蛋白同源。
人们将自然界中得到的漆酶分为漆树漆酶和真菌漆酶,其中真菌漆酶极具研究价值。
漆酶在生物制浆、污水处理、防腐剂、杀虫剂等化工产品的降解效果显著,用于环境保护、环境监测等领域,在食品工业等方面也有应用[3],已逐渐成为自然科学的研究热点之一。
漆酶催化氧化不同种类型的底物已达200余种,广泛用于食品、废水处理、造纸等领域。
国内外真菌漆酶研究主要是以担子菌、子囊菌、脉孢霉、柄孢壳菌和曲霉等真菌来研究漆酶的生物学活性,细菌和放线菌的研究较少,现已在细菌生脂固氮螺菌(azospirillum lipoferum)中发现了漆酶的存在。
而高等担子菌中的研究对象包括白腐真菌、杂色云芝、平菇、变色栓菌,其中白腐真菌所产的漆酶为胞外酶,可作为主要的产酶者和研究对象。
1漆酶的性质1.1理化性质漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,不同来源的漆酶铜含量也有所不同,多含有4个铜原子[4]。
漆酶多为1条多肽链组成的单聚体,由500~550个氨基酸分子所组成,相对分子质量主要集中在50~80kd,其碳水化合物约占15%~20%,等电点pi为3~6,反应温度为30~60℃,ph低的环境,漆酶的生物活性较高[5-7]。
1.2活性中心漆酶催化中心根据其光谱性质,存在3种不同的功能:1.2.1ⅰ型铜含铜的蓝色蛋白质,ⅰ型铜与2个组氨酸和1个半胱氨酸配位,紫外可见光谱λ=600nm时出现峰值,在epr(电子顺磁共振)谱上有1个平行超精细耦合结构,ⅰ型铜参与分子内的电子传递,将电子从底物传递到其它铜原子上。
1.2.2ⅱ型铜ii型铜与2个组氨酸和1个水分子配位,形成t型几何结构,没有明显的可见吸收光谱,但有epr(电子顺磁共振)信号。
1.2.3ⅲ型铜与漆酶的催化作用密切相关,经实验研究其为活性中心,由2个铜原子通过1个-oh桥配位连接起来组成四面扭曲的四方立体双核铜区结构,铜原子之间具有抗磁性,其距离是0.38nm。
在紫外可见光谱λ=330nm处有最大吸收峰,在epr上无谱带[8~14];为了测定漆酶活性中心,将其经过抑制剂处理后,ⅲ型铜在epr上出现有裂分峰,表明外源性配体与ⅲ型铜发生了配位,1个ⅱ型铜和2个ⅲ型铜形成三核铜簇,双氧还原的反应位置在三核铜簇,此时ⅲ型铜已结合5个配体,使其氧化性降低,限制了还原,同时也抑制o进入三核中心区。
另有实验表明,将漆酶晶型结构被完全还原,ⅰ和ⅱ型铜的配位环境不变,ⅲ型铜的-oh桥配体则在反应中消耗,2个ⅲ型铜之间距离亦增加[15]。
1.3检测方法检测漆酶活性方法有分光光度法[16]、abts法、微量热法、测o2法、高效液相色谱法[17]、极谱法[18]等。
abts法测定漆酶,常用醋酸钠溶液作为缓冲溶液,反应体系内abts的浓度为0.5mmol/l。
漆酶对不同种底物的亲和力也有显著地差异,但其对abts的亲和力和催化能力普遍很高,测得的酶活性值也高,此方法反应条件不高,使用安全,常温下性质稳定,测定的od值相对稳定而准确[19]。
微量热法测定漆酶的活性,利用lkb-2107batch 型微量热系统,将其温度调至298k,ph调至7.4,此方法漆酶的提取物样品用量较少,可直接对酶的悬浮液进行测定,其对反应体系没有任何限制或干扰,适合研究酶促反应中的酶活。
分光光度法测定漆酶酶活的基本原理是选定某种漆酶作用的底物,底物在漆酶催化作用下首先形成底物自由基,底物自由基浓度与吸光值成正相关,其在一定的光波波长下存在吸光系数的最大值,依据吸光值随时间变化的关系计算出酶活。
分光光度法因其操作简单、快速、较准确、无需配备昂贵仪器设备等特点,得以在漆酶测定实验中广泛应用[20]。
2漆酶的应用2.1工业污水治理真菌降解木质素目前主要集中于生物制浆方面。
传统的氯法漂白,在去除纤维原料中木质素的过程中,仍有3%~12%的残留。
在漂白废水中会产生大量有毒、有害物质,严重污染环境,而且纸浆中残留的木质素会造成纸张质量下降。
与化学漂白相比,生物制浆利用真菌脱木素的原理能够高效的提高纸浆中残留木质素的降解率,其卡伯值降低了19%,且漂白的纸张不易返黄,漂白后纸浆的白度可达到52.4%iso,其物理性质也有所改善,裂断长和撕裂指数分别提高了20%和13%。
在技术推广方面,少量改进设备和工艺即可实现。
用固定化漆酶的方法处理纸厂废水,真菌漆酶能降解色素和木质素类物质[21~24],对去除废水中的木质素及其衍生物、单宁和酚醛化合物等有毒物也有良好效果[25],有助于造纸业最终实现清洁生产;在实际应用方面,白腐真菌的产物漆酶等木质素降解酶类可用于治理污水,制成生物反应器,用于降解工业染料。
白腐真菌学应用于工业染料废水的脱色,单独用漆酶对桉木硫酸盐浆ceh漂白废水进行脱色,脱色率为24%左右,可以脱其中40%以上的有机氯化物等有毒物质[26~28]。
将培养液中粗抽提液进行了分析,表明只有漆酶活力和染料的脱色效果呈正相关,说明漆酶在其中起到重要的作用。
2.2环境激素降解2.2.1对致癌多环芳香族化合物(pahs)的降解生产生活中产生的pahs,由于生物难降解性以及高度亲脂性导致在环境中高度富集,然而漆酶对pahs类化合物降解效果是相当可观的,如粗酶液对苯并[a]芘和二苯并[a,h]蒽的降解率分别达80%和30.2%。
白腐真菌分泌的漆酶和过氧化酶经过加工纯化后可氧化大多数种类的pahs,如作用于硝基苯和蒽醌混合物,12~24d后去除率将不小于90%。
对于漆酶氧化相对分子质量较大的pahs 类物质,采用的方法是间接氧化反应,即底物与酶不直接接触,而通过酶介体系统(lms)来实现的,通常最常用的介体是abts和hbt,使降解效果明显提高,提高比率与介体浓度呈正比。
在无介体存在的情况下,用纯漆酶的处理72 h后,苊,蒽被氧化35%和18%,而二氢苊、荧蒽、芘、苯并a蒽、屈、苯并b荧蒽及苯并k荧蒽的氧化率仅为10%[29]。
2.2.2降解苯酚在工业“三废”、化学农药中多含有毒物酚或芳胺,实验证明真菌产生的漆酶能够有效降解石油精炼厂废水中的邻苯二酚、甲基-邻苯二酚、羟基脲等污染物。
漆酶对苯酚类混合物的去除速率与污染物化学结构的复杂性有直接的关系[30]。
2.2.3污染物的降解氯酚类有机化合物是重要的工业原料,用于生产染料、防腐剂、杀虫剂等化工产品。
漆酶能氧化蒽和致癌物质苯并芘,在降解相对分子质量较大的氯酚及其衍生物时,运用介体abts可明显增强这种作用,蒽被氧化的终产物为蒽醌[31]。
另外漆酶对氯酚及其衍生物的转化能力与芳环上氯的取代位置和数量有关,其邻位和对位的氯酚较易去除。
2.3生物传感器生物传感器的特点就是定性定量测量被分析物质。
在生物检测方面,运用纤维素固定漆酶,可检测茶叶加工过程中茶酚的变化情况,每个酶元件可作500次以上检测,在常温下可保存2个月。
生物传感器还可以用于检测来自煤炭、石油、天然气、造纸等工业污水中的木素、酚类等物质;在选择性检测方面,在短时间内就可以迅速检测和辨别吗啡,且非常灵敏,其原理为以漆酶为基础,将葡萄糖脱氢酶固定在clark氧电极上,漆酶通过消耗氧气可以氧化吗啡,产生葡萄糖脱氢酶,但不能氧化可卡因,因此可选择性检测吗啡[32]。
在环境监测方面,以邻苯二酚为检测目标,研究了一种基于磁性纳米粒子固定漆酶的邻苯二酚生物传感器制备方法及其在城市生活垃圾堆肥中的应用,制备fe3o4磁性纳米颗粒,将其转化为戊二醛将漆酶共价固定,借助磁场吸附在磁性电极上,检测垃圾堆肥中的邻二苯酚[34]。
漆酶作为生物传感器的特点是专一性强、速度快、可连续操作、简便、测定结果直观并有数据记录储存,需要不断对漆酶的生理性质做更深入研究。
3应用前景真菌漆酶的作用底物广泛,可增加饮料的稳定性,又参与降解木质素,与有毒的酚类物质、苯氧基类除草剂、石油工业废水作用而降解毒性,在食品工业、环境保护等方面得到广泛的研究与应用。
漆酶的研究有很多问题函待解决,如影响漆酶的分子结构、作用机理及其相应微生物分泌漆酶等方面的研究,如何保持或延长漆酶活性等方面;国内外学者还在不断开发和完善漆酶在各领域中的应用。
鉴于大多数微生物分泌漆酶的量仍然非常有限,而漆酶应用越来越广泛的情况,研究如何增加真菌漆酶的产量,利用发酵条件较易实现,生产周期较短且酶活性保持较稳定的漆酶会更有现实价值;而白腐菌以其作为最主要的分泌漆酶的产生者,将会得到更多的关注与更深层次的研究。
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