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漆酶催化生物体内有机物合成与分解代谢的双功能机制及其在生物技术领域中的应用

2019-06-21余家琳陈罗建韦家畯司友斌李舜尧

农业环境科学学报 2019年6期

孙 凯,程 行,余家琳,陈罗建,韦家畯,司友斌*,李舜尧

(1.农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室,安徽农业大学资源与环境学院,合肥 230036;2.南京农业大学资源与环境科学学院,南京 210095)

漆酶(Laccase,EC 1.10.3.2)是由微生物、植物和昆虫等生物体分泌的一类胞外含铜多酚氧化酶[1-2],其催化中心包含4个铜离子。漆酶不仅可以催化低分子有机物的氧化耦合形成大分子聚合产物,也能够介导高分子有机物的降解作用形成小分子化合物[3-4]。该过程漆酶以水体中溶解的分子氧作为最终电子接受体,催化多种有机物的单电子氧化反应形成活性自由基中间体,随后这些活性中间体导致底物发生同源/异源耦合或键断裂反应[5-6]。与过氧化物酶对比,漆酶催化有机物转化的最大优点是反应条件温和、处理效率高、操作可控、无需添加过氧化氢,以及生成的副产物仅包含水,是一种无二次污染的环境友好型绿色催化剂[7]。因此,漆酶在生物技术领域中存在广阔的实际应用潜力,备受国际研究者关注。

目前,漆酶的研究内容主要涵盖微生物学、植物学、生物化学、酶学、光谱学、分子生物学和遗传学等方面,其结构特征、底物谱、催化功能、基因克隆和异源表达等已经逐渐被研究者熟知[8-9]。例如,Alexandre等[10]利用已知真菌和植物漆酶的保守氨基酸序列比对及其二级结构预测结果,证实漆酶广泛存在于细菌中。基于漆酶介导有机物氧化耦合与降解反应的双功能机制,其已经被广泛地应用于生物修复、染料脱色、纤维改性、有机合成和纸浆漂白等生物技术领域[5,11]。……

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