Сравнительный скрининг лакказы

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 21602 (2022) Цитировать эту статью

1599 доступов

1 Цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Производство соединений с добавленной стоимостью из отходов имеет первостепенное значение для развития устойчивого общества, особенно в отношении их использования в качестве катализаторов в промышленно важных синтетических реакциях. Здесь мы показываем продукцию лакказ из четырех грибов белой гнили, которые были выращены на сельскохозяйственных остатках, в частности Trametes versicolor 11269, Pleurotus ostreatus 1020, Panus tigrinus 707 и Lentinula edodes SC-495. Полученные лакказы были протестированы на лакказо-медиаторной системе (ЛМС) для биокаталитического окисления модельного субстрата бензилового спирта в бензальдегид. LMS проводили в присутствии как тетрагидрофурана в качестве сорастворителя, так и медиатора 2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидинилоксила (ТЕМПО) из-за его высокого окислительно-восстановительного потенциала и способности осуществлять окисление. Исследования толерантности показали, что диализированные растворы способны переносить 1% (99:1 по объему) сорастворителя, тогда как концентрация 10% по объему оказывает вредное действие. Сравнивались результаты биокаталитического окисления растворов лакказы на разных стадиях очистки. Аналогичная конверсия наблюдалась для лакказы в продукте диализа (сырого) и гель-фильтрации (GF) по сравнению с коммерческой лакказой T. versicolor. Последний окислял почти 99% субстрата, тогда как другие растворы лакказы смогли достичь конверсии от 91% для раствора лакказы из P. tigrinus 707 после диализа до 50% для раствора лакказы из P. ostreatus 1020 после гель-фильтрации. Эта работа подчеркивает потенциал неочищенных растворов лакказы для использования в качестве катализаторов в синтетических реакциях.

«Зеленый переход» продвигает использование возобновляемых ресурсов для производства тепла и энергии для более эффективного использования природных ресурсов, таких как солнечная, ветровая и гидроэнергетика. Для производства химических веществ биомасса используется в качестве устойчивой альтернативы ископаемым ресурсам путем биопереработки, что является одним из основных движущих сил экономики, основанной на биотехнологиях1. Сообщалось об использовании агропромышленных отходов при твердофазной ферментации (ТФФ) из-за доступности биомассы2. SSF имеет множество преимуществ, таких как более высокий выход продукта, меньший объем сточных вод, более простая среда для ферментации и снижение энергопотребления3.

Промышленно важные ферменты можно производить методом твердофазной ферментации для их использования в органическом синтезе. В этом контексте лакказам уделяется огромное внимание. Лакказы (EC 1.10.3.2, бензодиол:кислородоредуктазы) представляют собой хорошо изученную группу ферментов, принадлежащих к семейству мультимедных оксидаз (MCO). Хотя лакказы широко распространены в природе, поскольку они описаны у бактерий, грибов, высших растений и насекомых, грибные лакказы представляют собой наиболее значительную группу «синего» семейства МСО по количеству и характеристикам. Типичные грибные лакказы представляют собой мономерные гликопротеины массой 60–70 кДа с хорошо изученным каталитическим механизмом образования радикальных форм4. Они содержат четыре иона меди, которые организованы в два места. Медь типа 1 получает один электрон от подложки и передает его через мотив His-Cys-His в трехъядерный центр. Трехъядерный центр содержит один ион меди 2-го типа и два иона меди 3-го типа, и это место, где кислород восстанавливается до воды. В этой реакции четыре электрона от молекул субстрата передаются одной молекуле О2, восстанавливая ее до двух молекул воды5. Лакказы растений играют важную роль в синтезе лигнина, тогда как лакказы грибов катализируют его деградацию, приводящую к гниению древесины, патогенезу, грибковой морфологии и детоксикации6.

Эта естественная деятельность используется в нескольких приложениях в различных промышленных процессах7,8. В отличие от других ферментов, лакказы могут окислять различные субстраты, такие как фенолы9, ароматические и алифатические амины и некоторые неорганические ионы, восстанавливая при этом кислород до воды10. В пищевой и текстильной промышленности лакказы используются для снижения содержания кислорода, в частности, в производстве пива для увеличения срока годности продукции и для отбеливания джинсовых тканей соответственно11. Более того, различные исследования показали способность лакказ создавать полимерные структуры12,13,14.